Rebé les primeres lliçons de piano de la seva mare, però de molt petit, ja a Moscou, fou alumne d’A. Villoing. Aquest aviat el dugué a París, on conegué F. Chopin i F. Liszt. Feu després una gira de concerts per bona part d’Europa, que durà fins el 1843. Tot seguit estudià composició amb S. Dehn a Berlín al costat del seu germà Nikolaj (1844-46). Establert a Sant Petersburg fou pianista de la cort de la gran duquessa Helena. En aquesta ciutat dirigí la Societat de Música Russa, i el 1862 fou un dels fundadors del conservatori, al capdavant del qual estigué durant dos períodes (1862-67 i 1887-91). Entremig tornà a l’activitat de concertista de piano; també feu de director d’orquestra, i arribà a dirigir als Estats Units (1872-73). De tarannà cosmopolita, abraçà sense reserves les tendències occidentalistes dins de la música russa, fins al punt que els integrants del Grup dels Cinc se’n mofaven, considerant-lo "no un músic rus, sinó un rus que fa música". Tot i així, i gràcies a les seves constants sortides a l’estranger, pogué implantar a Rússia els models de les institucions musicals occidentals que tanta importància adquiriren en la formació de les següents generacions de músics russos. Com a compositor, volgué incidir al principi en la música de caràcter nacionalista amb òperes que pretenien descriure els diversos pobles de Rússia, però no obtingué gaire èxit. A Alemanya intentà l’aventura de l’òpera a l’estil de G. Meyerbeer i en alemany, usant una mena d’orientalisme superficial i exòtic de moda. D’altra banda, enllestí l’òpera amb què volia retornar als escenaris: El dimoni (1871; estrenada el 1875). Malgrat la seva innegable facilitat melòdica i el seu sentit dramàtic per a l’espectacle, l’obra quedà lluny del caràcter específic rus i de les propostes dels Cinc. Només anà una mica més enllà amb les altres dues òperes russes: El mercader Kalašnikov (1880) i Gor’uša (1889). Més sort tingueren les seves obres orquestrals perquè a la inventiva melòdica s’hi afegia el coneixement intens de les tècniques i els recursos de la música occidental. De les seves sis simfonies, encara s’interpreta la segona, Oceà, opus 42. També escriví poemes simfònics i retrats musicals com Don Quixote, opus 87. Però sobretot és conegut per les composicions dedicades al piano (cinc concerts, diverses sonates, les Soirées à Saint Petersbourg, opus 44 o Kamennyj ostrov, ’L’illa de pedra'), els concerts dedicats al violí i al violoncel, i la seva música de cambra, digna de ser escoltada.
Dmitrij Donskozj, òpera (1849-50); Sibirskije okhotniki, òpera ('Els caçadors siberians', 1852); Sten’ka Razin, òpera (inc., 1852); Khadži-Abrek, òpera (1852-53); Fomka-duracok, òpera ('Fomka el foll', 1853); Das verlorene Paradies, òpera sacra, op. 54 ('El paradís perdut', 1855; 1875); Feramors, òpera (1862); Der Thurm zu Babel, òpera sacra, op. 80 ('La torre de Babel', 1870); Demon, òpera ('El dimoni', 1871); Die Makkabäer, òpera ('Els macabeus', 1874); Nero, òpera (1875-76); Kupec Kalašnikov, òpera ('El mercader Kalašnikov', 1877-79); Sulamith, òpera-oratori (1882-83); Unter Räubern, opéra-comique ('Entre lladres', 1883); Der Papagei, opéra-comique ('El papagai', 1884); Christus, òpera sacra, op. 117 (1887-93); Gor’uša, òpera ('L’aclaparat', 1889)
5 concerts per a pno. i orq. (entre els quals: núm. 1, mi m, op. 25, 1850; núm. 4, re m, op. 70, 1864; núm. 5, mi♭ M, op. 94, 1874); 6 simfonies (entre les quals: núm. 2, do M, op. 42, Oceà, 1851; núm. 4, re m, op. 95, Dramàtica, 1874; núm. 6, la m, op. 111, 1886); Concert per a violí i orquestra, sol M, op. 46 (1857); Faust, op. 68 (1864); 2 concerts per a vlc. i orq. (núm. 1, la m, op. 65, 1864; núm. 2, re m, op. 96, 1874); Ivan Groznyj, op. 79 ('Ivan el terrible', 1869); Romança i caprici, vl., orq., op. 86 (1870); Don Quixote, op. 87 (1870); Caprici rus, pno., orq., op. 102 (1878); Rússia (1882); Antoni i Cleopatra, obert., op. 116 (1890); Suite, mi♭ M, op. 119 (1894)
Octet, fl., cl., tr., vl., vla., vlc., cb., pno., op. 9 (1856); Dos trios amb piano, op. 15 (1851); Tres quartets de corda, op. 17 (1852-53); Tres quartets de corda, op. 47 (1856); Quintet de corda, fa M, op. 59 (1859); Quartet amb piano, do M, op. 66 (1866); Sextet de corda, re M, op. 97 (1876)
Més de 60 obres per a pno., entre les quals: 4 sonates (núm. 1, mi M, op. 12, ~1848-54; núm. 2, do m, op. 20, ~1848-54; núm. 3, fa M, op. 41, 1853-54; núm. 4, la m, op. 100, 1877); Sis estudis, op. 23 (1849-50); Dues fantasies sobre cançons populars russes, op. 2 (1850); Dues marxes fúnebres, op. 29 (1851); Sis preludis, op. 24 (1854); Sis quadres característics, pno. a 4 mans, op. 50 (1854-58); Tres capricis, op. 21 (1855); Suite, op. 38 (1855); Soirées à Saint Petersbourg, op. 44 (1860); Àlbum de danses populars de diferents països, op. 82 (1868); Sis estudis, op. 81 (1870); Soirées musicales, op. 109 (1884); Souvenir de Dresde, op. 118 (1894)
3 sonates per a vl.; 2 sonates per a vlc.
Dotze cançons, 2 v., pno., op. 48 (1852); Sis cançons, 4 v. masc., op. 31 (1854); Sis cançons polifòniques, v. mixtes, op. 62 (1861); Utro, v. masc., orq., op. 74 ('Matí', 1866); Bacchanal, B., v. masc., pno. (1879); prop de 170 cançons per a 1 v. i pno. (entre les quals: Nou cançons, op. 27, 1849; Deu cançons, op. 83, 1869; Deu cançons, op. 115, 1890)