El 1902 viatjà a l’estranger, on conegué Lenin i Plekhanov. Militant bolxevic des del 1903, fou membre del comitè del partit a Peterburg (1906). Delegat al congrés de Londres (1907) i membre del comitè central del partit (1908), s’exilià i col·laborà amb Lenin a Cracòvia i a Ginebra (1912). Fou un dels organitzadors de l’esquerra de Zimmerwald. El 1917 tornà amb Lenin a Rússia.
Juntament amb Kamenev, amb qui l’uní una gran amistat, s’oposà a Lenin i es manifestà contrari a la insurrecció d’octubre i favorable a l’aliança amb les menxevics i socialrevolucionaris, però les seves tesis foren desestimades. Formà part del Politburó, i fou elegit president del soviet de Petrograd. Col·laborà a organitzar la Tercera Internacional, en fou elegit president del comitè executiu (1919-26) i intervingué en la redacció de les vint-i-una condicions d’adhesió. El 1923 s’alià amb Kamenev i Stalin contra Trockij, però a partir del 1926, juntament amb Kamenev, s’oposà a les tesis de Stalin sobre la construcció del socialisme en un sol país i, dirigent de l’ala esquerrana dels bolxevics, s’alià amb Trockij. Stalin, però, aconseguí de desposseir-lo de la presidència del soviet de Leningrad, d’excloure'l del Politburó, de la direcció de la Tercera Internacional i del comitè central i, finalment, d’expulsar-lo del partit (1927). Després de reconèixer públicament els seus errors, fou readmès (1928); però, acusat de trostkista, fou novament expulsat i deportat a Sibèria (1932-33). Juntament amb Kamenev, fou acusat de responsabilitat moral en l’assassinat de Kirov (1934) i, jutjat en el primer procés de Moscou (agost del 1936), fou condemnat a mort i executat.