Родился в 1936 во Владивостоке.
Окончил в 1959 году факультет геологии, геохимии и геофизики Московского института нефтехимии им. И. М. Губкина.
Кандидат геолого-минералогических наук (1965), доктор геолого-минералогических наук (1970), профессор (1982), член-корреспондент РАН (1991), академик РАН (1994) по Отделению геологии, геофизики, геохимии и горных наук.
1959—1966 годы — научный сотрудник кафедры промысловой геофизики МИНХ им. И. М. Губкина.
1966—1976 годы — руководитель проблемной лаборатории масс-спектрометрии МИНХ и ГП им. И. М. Губкина.
С 1973 года — заведующий лабораторией геохимии углерода в ГЕОХИ АН СССР.
С 1993 года по настоящее время — директор Института геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского РАН (ГЕОХИ).
Член Президиума РАН, член Бюро Отделения наук о Земле РАН, член секции геолого-геофизических наук. Председатель Комитета по метеоритам РАН, председатель Научного совета РАН по проблемам геохимии, член Океанографической комиссии РАН, член Бюро Совета РАН по космосу. Вице-президент Международной ассоциации геохимии и космохимии.
Почетный профессор Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова.
Лауреат премии имени В. И. Вернадского, дважды удостоен орденов «Знак почета».
Основные труды по изотопно-геохимическому изучению органического вещества и математическому моделированию эволюции осадочных бассейнов, происхождению алмазов, происхождению и химической эволюции Земли, происхождению Луны. Разработал изотопно-фракционный метод выявления нефтематеринских пород, давших начало образованию нефтяных залежей. Выдвинул экспериментально подтвержденую гипотезу об образовании алмазов при кавитационных процессах в быстротекущей магме.
Основатель (1990) и руководитель научной школы "Глобальные циклы углерода «мантия — кора — океан — атмосфера», инициатор и руководитель программ исследования Луны и возврата вещества с Фобоса.
Автор более 500 научных публикаций, монографий (3 переизданы в США), 1 открытия («Ядерно-спиновый изотопный эффект» совместно с Кучеренко, Молиным и Сагдеевым), нескольких изобретений. Монографии: «Геохимия стабильных изотопов углерода» (1968), «Изотопы углерода в нефтегазовой геологии» (1973), «Исследования органического вещества и газов в осадках дна океанов» (1976), «Природа биологического фракционирования изотопов» (1984), «Феномен жизни. Между равновесием и нелинейностью. Происхождение и принципы эволюции» (2001).
Главный редактор журнала «Геохимия», член редколлегии международных журналов Astrobiology, Chemical Geology, Isotopes in Health and Environmental Studies.
Женат, имеет двух дочерей. Жена — театровед, дочь Дарья Спиридонова — телеведущая, дочь Александра Галимова - брэнд-директор журнала TATLER.