他以一篇关于蜗牛和害虫的论文于1910年毕业于莫斯科农业学院。从1911年到1912年，他在应用植物学事务所和真菌学及植物病理学事务所工作。他在1913年到1914年他在欧洲旅行并研究了植物免疫学，和他一道研究的是奠定了遗传学的科学地位的英国生物学家威廉·贝特森。从1924年到1940年他担任全苏农业科学院院长，该学院位于列宁格勒。当他正在发展他关于栽培植物的起源中心的理论时，瓦维洛夫组织了一系列的植物学及农艺学探险队，收集了来自世界上每一个角落的种子，并创立了位于列宁格勒的世界上最大的植物种子库。