Diplômé de l'université de Moscou, il sert en Crimée sous les ordres de Pirogov puis étudie quatre ans dans les facultés européennes. À son retour il obtient la chaire de médecine interne à l'Académie Médico-Chirurgicale en 1860 où il fera l'ensemble de sa carrière. Pavlov fut son plus célèbre assistant. En 1870 il devient médecin personnel du tsar mais doit renoncer à ce poste à cause des activités politiques de sa femme, la princesse Obolenskaïa.