Учился в Ришельевском лицее (1832—1840), а затем в Гейдельбергском и Мюнхенском университетах (1840—1843), где получил степень доктора политико-экономических наук за исследование об экономике Греции. Для изучения истории славянства перешёл в Московский университет, где слушал лекции О. М. Бодянского на историко-филологическом факультете и получил степень кандидата; в 1852 году защитил в Санкт-Петербургском университете диссертацию на степень магистра: «Век Болгарского царя Симеона» (СПб, 1852). Был избран действительным членом Императорского общества истории и древностей российских в Москве(1846). Служебную карьеру Палаузов начал сотрудником Азиатского департамента при министерстве иностранных дел, был чиновником особых поручений при министерстве народного просвещения, потом цензором, а в войну 1853—1856 годов находился в Молдавии и Валахии при князе И. Ф. Паскевиче, потом при главнокомандующем князе М. Д. Горчакове, по делам о переходе болгар в Россию; затем состоял управляющим варшавской таможней и начальником отделения при министерстве финансов. По поручению первых основателей болгарского настоятельства в Одессе, болгар В. Е. Априлова и Н. С. Палаузова, он ездил в Габрово (в Болгарии) для организации первого болгарского училища.