Естествоиспытатель, философ. Представитель русского космизма, создатель науки биогеохимия, один из создателей учения о ноосфере, общественный деятель. Учился в Харьковской классической гимназии (с 1873), после переезда семьи в Санкт-Петербург – в 1-й Петербургской классической гимназии (1876–1881), на естественном отделении физико-математического факультета Санкт-Петербургского университета (1881–1885). Ученик Д. И. Менделеева, В. В. Докучаева и А. Н. Бекетова. Хранитель Минералогического кабинета Санкт-Петербургского университета (1885-1890). Приват-доцент (1890), профессор кафедры кристаллографии и минералогии Императорского Московского университета (с 1902). Преподавал минералогию на Московских высших женских курсах. Защитил магистерскую (1891), докторскую (1897) диссертации. Владел имением Вернадовка в Моршанском уезде Тамбовской губ. (1885–1911, ныне Пичаевский р-н). Вместе с Л. Н. Толстым организовал общественную помощь голодающим (1891). Гласный Моршанского уездного земства (с 1892). Принимал участие в учредительном съезде «Союза освобождения» (1903), был делегатом Земского съезда (1904). Член Центрального комитета Конституционно-демократической (кадетской) партии (1905), входил в Государственный Совет Российской империи от Академии наук (АН) и университетов (1906, 1907–1911, 1915–1917), Товарищ министра просвещения во Временном правительстве России (1917). Избран помощником ректора Московского университета (1905), адъюнктом (современный член-корреспондент) Императорской Санкт-Петербургской АН по физико-математическому отделению (1906), экстраординарным академиком (современный академик) по минералогии (1908). Заведующий отделом Геологического музея имени Петра Великого (1906, с 1914 г. – директор). Работал в Радиевой комиссии АН (с 1910). В знак протеста против увольнения профессоров Московского университета покинул его (1911). Один из основателей и 1-й президент Украинской АН (1918–1919), профессор, ректор Таврического университета (Симферополь, 1920–1921). Возглавлял Метеоритный отдел Минералогического музея, Радиохимическую лабораторию в Петрограде (1921–1929). Директор Биогеохимической лаборатории при АН СССР, (1927, с 1929 – Институт геохимии и аналитической химии). Читал курс геохимии в Сорбонне (1922–1926, Франция). Возглавлял созданный им Радиевый институт (1922–1939, ныне Радиевый институт им. В. Г. Хлопина). Председатель Комиссии по изучению естественных производительных сил России, один из создателей плана ГОЭЛРО (план Государственной комиссии по электрификации России) (1915–1930). Академик Санкт-Петербургской Академии наук (1912), Российской Академии наук, Академии наук СССР. Лауреат Сталинской премии в области науки и техники (1943). При жизни В. И. Вернадского опубликованы 473 научные работы.