Николай Вавилов родился в купеческой семье. До революции его отец Иван Ильич Вавилов заведовал мануфактурной компанией «Удалов и Вавилов», мать Александра Михайловна Вавилова была дочерью художника-резчика. Предрасположенность к естественным наукам проявилась у мальчика в раннем детстве. Отец собрал в домашней библиотеке немало редких книг, что сыграло важную роль в формировании интересов молодого Вавилова. В 1911 году он окончил агрономический факультет Московского сельскохозяйственного института.

После обучения Вавилов отправился за границу для завершения образования.

Ему удалось поработать в крупнейших генетических лабораториях того времени. По возвращении на родину он приступает к изучению иммунитета растений.

В 1916 году, во время персидской кампании, Вавилов был вызван в качестве консультанта из-за массового заболевания российских солдат и быстро разобрался в причинах. Оказалось, что в местную муку попадают частицы семян плевела опьяняющего (Lolium temulentum), а с ними гриб Stromatinia temulenta, который способен вызвать серьезное отравление с возможным летальным исходом. Оказавшись в Иране, Вавилов получил от военного руководства разрешение отправить для изучения местных злаков научную экспедицию вглубь страны. Исследуя найденные образцы, ученый пришел к выводу, что иммунитет растений зависит от условий среды, в которых изначально формировался вид. Также, находясь на Памире, Вавилов сделал вывод, что изолированные горные районы вроде Памира служат очагами зарождения культурных растений. Так возникла идея, которая впоследствии вылилась в учение Вавилова о центрах происхождения культурных растений. Всего ученый выделил семь географических центров, откуда пошли все мировые сельскохозяйственные культуры.

Продолжая научную деятельность, Вавилов становится ученым с мировым именем.

Он выступает на множестве международных конференций и организует около 180 ботанико-агрономических экспедиций по всему миру.

Результатом этих экспедиций стало создание уникальной коллекции культурных растений, насчитывавшей в 1940 году 250 тыс. образцов. Эта коллекция широко использовалась в селекции, став фактически первым в мире банком генов. В 1930 году Всесоюзный институт прикладной ботаники и новых культур был реорганизован во Всесоюзный институт растениеводства (ВИР), руководителем которого Николай Вавилов оставался до августа 1940 года.

Известно, что во время блокады Ленинграда от голода умерли 28 сотрудников ВИР, однако не было тронуто ни одного зерна или клубня из фондов Вавилова. Сотрудникам института удалось сохранить материалы, способные помочь послевоенному восстановлению сельского хозяйства.

Николай Вавилов был первым, кто начал изучать иммунитет растений и его генетическую природу.

Он считал, что в процессе длительной эволюции растения могут выработать устойчивость к возбудителям болезней. Причем в результате постоянных мутаций происходит «гонка вооружений» между растениями и патогенами.

Таким образом, каждый сорт пшеницы или другой культуры может быть восприимчивым к одним разновидностям микроорганизмов и обладать иммунитетом к другим.

Еще одно достижение Николая Вавилова — закон гомологических рядов в наследственной изменчивости. Исследователю удалось обнаружить, что сходные аллельные формы (формы генов, отвечающие за варианты развития одного и того же признака) повторялись у разных, хотя и родственных растений. Это значит, что изменчивость близких по происхождению родов и видов растений осуществляется общим (параллельным) путем. Это открытие оказалось очень важным для селекционной работы, поскольку давало возможность предсказывать наличие еще не обнаруженных аллелей. Следует помнить, что в те годы еще не умели осуществлять искусственные мутации с помощью химических веществ или воздействием ионизирующих излучений, поэтому поиск необходимых аллелей приходилось производить в природных популяциях.

В конце 1920-х — начале 1930-х годов в СССР проводилась кампания по борьбе с остатками внутрипартийной оппозиции. В рамках этой кампании было сфабриковано несколько громких показательных процессов — «академическое дело», «шахтинское дело», «дело союзного бюро ЦК РСДРП(м)», «дело Промпартии» и «дело Трудовой крестьянской партии». По «делу Трудовой крестьянской партии» к 1931 году были арестованы около 1,3 тыс. человек по всей стране.