1711. november 19-én született szegény halászcsaládban, Arhangelszk közelében, a Fehér-tenger menti Gyenyiszovkában (ma Lomonoszov). Írni-olvasni egyik szomszédjuktól tanult meg, könyveket a helyi pópától kapott. Tizenkilenc évesen egy halászokkal Moszkvába szökött, mert nem jött ki a mostohájával. Egy évvel később, 1731-ben némi ügyeskedéssel, paraszti származását letagadva sikerült bejutnia moszkvai Szpasszkij-kolostor akadémiájára. 1734-től bányatiszti tanulmányokat folytatott a szentpétervári akadémián. 1736-ban állami ösztöndíjjal Németországba, a Marburgi Egyetemre került, ahol filozófiát és természettudományi ismereteket szerzett. Filozófiatanára volt Christian Wolff, a német felvilágosodás kimagasló alakja. Három év után Freibergben folytatta tanulmányait Johann Henckelnél, aki a bányászat és a metallurgia tudományára oktatta.

 

1740-ben Hollandián keresztül, tengeri úton akart hazatérni, de útközben porosz katonafogdosók leitatták, Weselben német börtönbe zárták, ám sikerült megszöknie és kalandos úton hazatérnie. 1741 nyarán érkezett meg Szentpétervárra, német felesége (még Marburgban nősült meg) csak később követte. 1742-ben a szentpétervári akadémián fizikát tanított, 1745-ben kémia professzor lett. 1746-tól ő volt az első, aki orosz nyelven tartotta előadásait.

 

1748-ban felfedezte a tömegmegmaradás törvényét, s ugyanebben az évben ő hozta létre Oroszország első kémiai kutatólaboratóriumát, ahol színesüveg-gyártással, az ércek kémiai analízisével foglalkozott.

 

1753-ban üveggyárat alapított Uszty-Rugyicában, ahol mozaikképeket is készített, többek között egy hatalmas tablót a poltavai csatáról.

 

A természettudomány szinte minden ágát művelte, rendszeresen végzett kísérleteket, mikroszkóp alatt figyelt meg kémiai reakciókat.

 

Elsőként hozta kapcsolatba a színt az anyaggal, színelmélete különféle „éterrészecskéken”. Lerakta a kinetikai hő- és gázelmélet alapjait, értekezett a hideg alsó határáról (az abszolút nulla fokról), ahol minden mozgás megszűnik.

 

Ő készítette el Oroszország első pontos térképét, hirdette a földtani változások folyamatosságát. 1761-ben a Vénusz körül fényjelenséget figyelt meg, melyet a Vénusz-légkör hatásával magyarázott; ma Lomonoszov-gyűrűnek nevezik a jelenséget.

 

A sokoldalú tudós alkotta meg az első tudományos megalapozottságú orosz nyelvtant és egységes helyesírást. Bevezette a rokon nyelvek fogalmát, a szláv népeket északnyugati és délkeleti csoportra osztotta. Írt egyházi és világi énekeket, tankölteményeket, episztolákat, tragédiákat, egy eposzt Nagy Péterről és ő vezette be az orosz poétikába a hangsúlyos verselési formát. A Levél az orosz verselés szabályairól, a Retorika és az Orosz grammatika című munkái a korszak kimagasló filológiai teljesítményei közé tartoznak.

 

1757-ben tanácsosi rangot kapott az Akadémia kancelláriáján, 1760-ban a svéd királyi akadémia, 1764-ben a bolognai tudós társaság fogadta tiszteletbeli tagjává.

 

I. Erzsébet 1761. végi halála, majd II. Katalin 1762. júniusi palotaforradalma után társadalmi helyzete, megbecsültsége kedvezőtlenül alakult. Elvették tőle az Akadémia kémiai osztályának vezetését, majd 1763 májusában a cárnő felmentette állásából, bár egyúttal államtanácsosi címmel tüntette ki. Elmérgesedett a vitája egyes akadémiai körökkel is, főleg azután, hogy Katalin cárnő egy fiatal német történészre bízta Oroszország összefoglaló történetének megírását. Amikor Lomonoszov értesült erről, rettenetes haragra gerjedt - egyes források szerint -, gutaütés érte, és ágynak esett.

 

A 18. századi Oroszország legnagyobb tudósa, polihisztora és patriótája 1765. április 15-én, 53 évesen hunyt el Szentpéterváron tüdőgyulladásban. Halála másnapján könyvtárát és iratait - "nehogy idegen kezekbe kerüljenek" - II. Katalin parancsára elkobozták, és Grigorij Orlovnak, a cárnő szeretőjének palotájában végleg nyomuk veszett.

A Moszkvai Állami Egyetem 1940 óta viseli alapítója nevét. A. Sz. Puskin költő, drámaíró azt mondta róla, hogy „Lomonoszov volt a mi első egyetemünk" -, V. G.Belinszkij irodalomkritikus pedig azt, hogy vele kezdődik az orosz irodalom.