Из семьи государственного крестьянина-помора Василия Дорофеевича Ломоносова и Елены Ивановны (урожденной Сивковой (умерла в 1720). В 1720-е гг. обучался грамоте и чтению. Помогая отцу в промысле рыбы и морского зверя на Белом, Баренцевом морях и в Северном Ледовитом океане, знакомился с жизнью и бытом северных народов; в это же время сблизился с раскольниками-беспоповцами. Получив в Холмогорской воеводской канцелярии паспорт, в декабре 1730 отправился с рыбным обозом в Москву, где, скрыв свое происхождение, поступил в Славяно-греко-латинскую академию (15. 1. 1731). В 1733-1734, вероятно, обучался в Киево-Могилянской академии. В сентябре 1734 пытался устроиться священником в Оренбургскую экспедицию И.К. Кирилова. В ноябре 1735 в числе 12 лучших учеников Славяно-греко-латинской академии переведен в Академический университет. В 1736 направлен для продолжения обучения в Германию, в Марбургский университет. Обучался у физика и философа X. Вольфа, с 1739 — химии, металлургии и горному делу — у И. Генкеля во Фрайбурге. 26. 5. 1740 обвенчался с Елизаветой Христиной Цильх в церкви реформатской общины города Марбурга. По возвращении в Санкт-Петербург (8. 6. 1741) испытывал затруднения в общении с академическим начальством и коллегами-иностранцами, пользовался покровительством графа М.И. Воронцова, позднее — фаворита императрицы Елизаветы Петровны И.И. Шувалова. Определен адъюнктом физического класса АН (8. 1. 1742). Пожалован чином коллежского советника (март 1751). Избран почетным членом Шведской королевской АН (30.4.1760). Научная и научно-организационная деятельность Ломоносова была исключительно разносторонней. Его труды охватывали широкий круг естественных и гуманитарных наук. Исследования Ломоносова по физике и химии основывались на представлениях об атомно-молекулярном строении вещества. В сочинении «Физические размышления о причинах теплоты и холода» (1744) он тщательно проанализировал имевшийся опытный материал и привел веские доказательства против общепринятой в его время теории теплорода.
В 1744 представил в Академическое собрание диссертацию «О действии растворителей на растворяемые тела». В 1745-1746 Ломоносов добился постройки первой в России Химической лаборатории при АН (открыта в 1748). Одним из важнейших изобретений ученого в области оптики была «ночезрительная труба» (1756-1758), позволявшая в сумерки относительно отчетливо различать предметы. Ломоносов уделял большое внимание изучению атмосферного электричества; опыты проводил совместно с физиком Г.В. Рихманом (1711-1753), который погиб от удара молнии во время эксперимента. В 1752 произнес в Публичном собрании АН «Слово о явлениях воздушных, от электрической силы происходящих», а 1. 7. 1755 — «Слово о происхождении света, новую теорию о цветах представляющее». Значительное внимание уделял развитию в России геологии и минералогии и лично произвел большое количество анализов горных пород. В июле-ноябре 1741 занимался составлением раздела в «Каталоге камней и окаменелостей Минералогического кабинета Кунсткамеры АН». Ломоносов также работал над доказательством органического происхождения почвы, торфа, каменного угля, нефти, янтаря. Представил доказательства существования материка на Южном полюсе Земли. Ломоносов оказал значительное влияние на развитие отечественной металлургии (работы «О вольном движении воздуха, в рудниках примеченном», 1744). 6.8.1757 выступил в Публичном собрании АН со «Словом о рождении металлов от трясения Земли». В 1763 опубликовал сочинение «Первые основания металлургии или рудных дел». В течение ряда лет разрабатывал технологию получения цветного стекла. В сентябре 1752 закончил свою первую мозаику «Мадонна» с картины итальянского живописца Ф. Солимены (1657-1747), а также создал ряд других мозаичных изображений. В 1752 подал в Сенат предложение «Об учреждении в России «мозаичного дела». В том же году занимался строительством фабрики цветного стекла в Усть-Рудице (в 75 км от Санкт-Петербурга), для которой получил земли и крестьян (1753).
В марте 1758 приступив к «смотрению» за Географическим департаментом АН, занимался организацией составления «Атласа Российского». Исследуя морские льды, дал их первую классификацию («Рассуждение о происхождении ледяных гор в северных морях», 1760). Ломоносов неоднократно подчеркивал политическую и хозяйственную важность для России освоения Северного морского пути. В 1763 закончил «Краткое описание разных путешествий по северным морям и показание возможного прохода Сибирским океаном в Восточную Индию», в котором высказал уверенность, что «России могущество будет прирастать Сибирью». В ноябре 1761 обратился к Шувалову с письмом «О сохранении и размножении Российского народа» (1.11.1761), предложил ряд мер по увеличению народонаселения. Считал основным условием роста численности народа укрепление брачных отношений, особое внимание обращал на длительность брака, предлагал запретить неравные по возрасту браки, разрешить повторные браки для священников, допускать пострижение в монахи не ранее 50 лет для мужчин и 45 лет для женщин. В октябре 1749 — марте 1750 он участвовал в обсуждении диссертации Г.Ф. Миллера «Происхождение имени и народа российского». В «Замечаниях» на диссертацию и в «Посвящении» (1749) к «Истории Российской» В.Н. Татищева доказывал самобытность происхождения русской культуры и государственности.
В 1760 напечатал «Краткий российский летописец с родословием», в котором изложил основные события русской истории. Литературное творчество Ломоносова сочеталось с глубоким научным осмыслением филологических проблем. Его перу принадлежали оды («На взятие Хотина», 1739; «Утреннее размышление о Божием величестве», «Вечернее размышление о Божием величестве при случае великого северного сияния», 1743; «На день восшествия на всероссийский престол ее величества государыни императрицы Елисаветы Петровны 1747 года», 1747; «..Императрице Екатерине Алексеевне... на пресла-вное ее восшествие на… престол…», 1762), лирические произведения, трагедии, послания, идиллии, эпиграммы и др. В августе 1743 участвовал в поэтическом соревновании с А.П. Сумароковым и В.К. Тредиаковским, заключавшемся в создании различных переложений стихами 143-го псалма Давида. Он написал трагедии «Тамира и Селим» (1750), «Демофонт» (1752). Широко распространялась в списках его сатира «Гимн бороде» (1757; опубликована в 1859). В июне 1754 в письме Шувалову Ломоносов изложил план основания университета европейского типа (реализован в 1755). Он же разработал «Штаты и регламенты» для университета и университетских гимназий. С 19.1.1760 возглавлял Академический университет и гимназию. Назначенный советником Академической канцелярии (13.2.1757), представил план реорганизации управления АН и проект ее устава. Важнейшей задачей деятельности АН считал подготовку отечественных ученых. Предпринятая Ломоносовым попытка организации Санкт-Петербургского университета при его жизни не увенчалась успехом.
В области русской словесности существенная заслуга Ломоносова — усовершенствование русского литературного, прозаического и стихотворного языка (“Письмо о правилах российского стихотворства”, 1739, “О пользе книг церковных в российском языке”, 1755-57). Ломоносов написал грамматику русского языка (1755) и первую риторику на русском языке (краткую, 1748, и пространную, 1748), дал образцы красноречия и поэзии в разных родах и формах (похвальные слова: похвальное слово Елизавете, 1749, Петру Великому, 1755, и др.; оды, духовные, похвальные надписи; стихотворения: экспромты, послания к имп. Елизавете, Екатерине и вельможам; эпическая поэма “Петр Великий”; трагедии: “Тамира и Селим”, “Демофонт”).
Ломоносов был крупнейшим историком своего времени. Его основные сочинения — “Древняя Российская история” (ч. 1-2, 1766), замечания на диссертацию Г.Ф. Миллера “Происхождение имени и народа российского” (1749-50) и “Краткий российский летописец” (1760). Ломоносов написал “Замечания на “Историю…” Вольтера” (1757-60, изд. 1829) и на “Сибирскую историю” Г.Ф. Миллера (1751); “Краткое описание разных путешествий по северным морям…” (1763). Исторические взгляды Ломоносова формировались в острой борьбе против норманнской теории, отрицавшей самостоятельное развитие русского народа. Ломоносов разработал историческую концепцию, в которой подчеркивал решающую роль Православия, Самодержавия и духовно-нравственных ценностей русского народа в формировании Российского государства; не изолировал отечественную историю от европейской, выявлял черты сходства и различий в исторической жизни разных народов. Ломоносов выделял в русской истории периоды становления, роста, упадка и нового, более высокого подъема и делил в связи с этим историю России на шесть периодов. 1-й период — “век древний до Рурика”. Ему посвящена 1-я ч. “Древней Российской истории”, в которой доказывается, что создателями Киевского государства являлись не скандинавские завоеватели, а местные, в основном славянские и отчасти чудские (угро-финские) племена. 2-й — от призвания Рюрика до смерти Ярослава I, ему посвящена 2-я ч. “Древней Российской истории”. 3-й — до нашествия Батыя. 4-й период (до княжения Ивана III) Ломоносов выделил в соответствии с утверждением, нарушением и восстановлением политического единства (“самодержавства”) и успехами Руси в борьбе против иноземных захватчиков. 5-й период (от царствования Ивана IV до смерти Федора Алексеевича) — усиление Русского государства в связи с присоединением новых народов на востоке и западе страны. 6-й период (от Петра I до Елизаветы Петровны) — превращение России в могучую европейскую державу на основе начавшегося просвещения российского народа. Выдвинутая Ломоносовым теория славяно-чудского происхождения Древней Руси была принята позднейшей историографией.
Ломоносов умер 15 апреля 1765 года на 54-м году жизни от воспаления лёгких. Незадолго до смерти Ломоносова посетила императрица Екатерина II.На следующий день после смерти Ломоносова его библиотека и бумаги были по приказанию Екатерины II опечатаны Г. Г. Орловым, перевезены в его дворец и исчезли бесследно. Уже современники связывали изъятие документов с боязнью «выпустить в чужие руки» бумаги Ломоносова.
Ломоносов похоронен на Лазаревском кладбище Александро-Невской лавры. Надгробие М. В. Ломоносова, поставленное канцлером М. И. Воронцовым — стела из каррарского мрамора с латинской и русской эпитафией и аллегорическим рельефом. Мастер Ф. Медико (Каррара) по эскизу Я. Штелина, 1760-е годы.
Единственная оставшаяся в живых дочь Елена Михайловна Ломоносова (1749—1772) вышла замуж за Алексея Алексеевича Константинова, домашнего библиотекаря императрицы Екатерины II. В этом браке родились сын Алексей (ок. 1767—1814) и три дочери Софья (1769—1844), Екатерина (ок. 1771—1846) и Анна (ок. 1772—1864). Софья Алексеевна Константинова вышла замуж за Николая Николаевича Раевского-старшего, генерала, героя Отечественной войны 1812 года.
А. С. Пушкин так характеризует деятельность Ломоносова:
« Ломоносов обнял все отрасли просвещения. Жажда науки была сильнейшею страстью сей души, исполненной страстей. Историк, ритор, механик, химик, минералог, художник и стихотворец, он всё испытал и всё проник: первый углубляется в историю отечества, утверждает правила общественного языка его, даёт законы и образцы классического красноречия, с несчастным Рихманом предугадывает открытие Франклина, учреждает фабрику, сам сооружает махины, дарит художественные мозаические произведения, и наконец открывает нам истинные источники нашего поэтического языка»
А. С. Пушкин также сказал о Ломоносове: « Ломоносов был великий человек. Между Петром I и Екатериной II он один является самобытным сподвижником просвещения. Он создал первый университет. Он, лучше сказать, сам был первым нашим университетом»
В то же время поэт Сумароков так откомментировал смерть Ломоносова:« Угомонился дурак и не будет более шуметь!».