Сын писателя и публициста Михаила Никитича Муравьёва и Екатерины Фёдоровны (урождённой баронессы Колокольцовой). Получил отличное домашнее образование. Позднее поступил на физико-математическое отделение Московского университета. С февраля 1812 года — коллежский регистратор в Департаменте Министерства юстиции. В начале войны 1812 года убежал из дома в действующую армию. Официально зачислен в армию прапорщиком свиты по квартирмейской части в июле 1813 года. Прошёл всю кампанию 1813 — 1814 года. Участник сражений при Дрездене и Лейпциге. 1 августа 1814 года переведён в Генеральный штаб. Участвовал в военных действиях против Наполеона I, возвратившегося с о. Эльбы (прикомандирован к дежурному генералу главного штаба русских войск в Вене А. А. Закревскому). В июне 1815 года в свите офицеров Генерального штаба приезжает в Париж. Здесь Муравьёв познакомился с Бенжаменом Констаном, Анри Грегуаром, аббатом Сиверсом.
По возвращении в Россию, Муравьёв вместе с будущими декабристами слушал курс политэкономии профессора К. Германа и самостоятельно изучал литературу по экономике, праву, истории. В 1816 году принял активное участие в создании Союза спасения. Один из основателей Союза благоденствия (1818). Вместе с С. Трубецким и А. Н. Муравьёвым участвовал в создании устава Союза благоденствия — «Зелёной книги». В январе 1820 года на Петербургском совещании Союза высказался за установление республиканского правления путём военного восстания. Выходит в отставку в начале 1820 года. Уезжает на юг России вместе с М. С. Луниным и встречается там с Пестелем.
После формального роспуска Союза благоденствия (1821 год) Муравьёв инициирует создание новой организации — Северного общества, его влияние в 1821—1823 гг. в обществе было чрезвычайно велико. В то же время Муравьёв не терял связи с Пестелем — руководителем Южного общества. Пестель ввёл Муравьёва в руководящий орган Южного тайного общества — Директорию.
В декабре 1821 года возобновляется служба Муравьёва в Генеральном штабе, он принят туда в чине поручика. Зимой этого года, находясь вместе с гвардией в Минске, Муравьёв разработал первый вариант конституции. В нём наряду с уничтожением крепостного права, феодального строя, рекрутчины и военных поселений появляются идеи сохранения монархии, ограниченной в действии конституцией, устанавливался высокий имущественный ценз, освобождение крестьян было безземельным, сохранялось помещичье землевладение. Этот вариант Конституции был раскритикован Пестелем, Рылеевым, Штейнгелем, Торсоном. В последующих вариантах Конституции Муравьёв снизил имущественный ценз, оговорил условия наделения крестьян землёй.
В декабре 1825 года Муравьёва не было в Петербурге: взяв отпуск по семейным обстоятельствам, он уехал с женой в орловское имение Чернышёвых Тагино. Имя Муравьёва, как одного из руководителей тайного общества, было названо в доносе Майбороды. Арестован в с. Тагино 20 декабря 1825 года. Доставлен в Петербург на главную гауптвахту 25 декабря, переведён 26 декабря в Петропавловскую крепость. После допроса 5 января 1826 года представил Тайному комитету «Историческое обозрение хода Общества». Осуждён по I разряду. По конфирмации 10 июля 1826 года приговорён к каторжным работам сроком на 20 лет, 22 августа 1826 года срок каторги сокращён до 15 лет. Отправлен в Сибирь 10 декабря 1826 года.
Отбывал наказание с 28 января 1827 года в Читинском остроге, с сентября 1830 года — в Петровском заводе. В Петровском заводе читал курс лекций по истории России и военной истории. Активный участник Малой артели. В ноябре 1832 года срок был сокращён до 10 лет. Из Петровского завода отбыл на поселение в с.Урик Иркутского округа. На поселении вместе с братом занимался сельским хозяйством. Построил мельницу. Есть сведения, что в Сибири Муравьёв писал политические сочинения и мемуары, но после ареста Лунина в 1841 году всё уничтожил.
Жена: с 22.2.1823 г. — Александра Григорьевна, урождённая Чернышёва.
Дети: