Родился в семье врача. Некоторое время учился в Киевском университете Св. Владимира. В 1918 был ранен при разгоне студенческой демонстрации. Затем учился в Московском Высшем техническом училище (1920), однако учебу не завершил. В 1919 вернулся в Могилев-Подольский и вступил в РКП(б).
В 1922 переехал в Москву и поступил на работу в административный отдел ЦК ВКП(б), который возглавлял тогда Л. М. Каганович. Готовил статьи и выступления для Кагановича. По собственным воспоминаниям, являлся автором нового Устава ВКП(б). С 1923 секретарь Оргбюро ЦК. (Юлиан Семёнов утверждал, что в его беседе с Л. М. Кагановичем тот свидетельствовал: "Это я рекомендовал товарищу Сталину Бажанова. Он был хорошим молодым человеком, но потом попал под влияние зиновьевцев, поэтому и удрал...")
С августа 1923 по 1928 год — личный секретарь И. В. Сталина. С 9 августа 1923 также исполняет обязанности секретаря Политбюро вместо М. И. Гляссер.
С 1926 редактор «Финансовой газеты». Так же с 1926 член Высшего Совета по спорту.
Как сообщает сам Бажанов, разочаровавшись в идеях коммунизма , он решает бежать из СССР. Организовав себе командировку в Среднюю Азию, 1 января 1928 бежал в Иран и оттуда через Индию с помощью английского посольства перебрался во Францию.
Невозвращенец Бажанов стал широко известен на Западе после того, как опубликовал свои мемуары «Воспоминания бывшего секретаря Сталина». В книге описана система принятия политических решений в СССР в период 1923—1926 гг.; даётся характеристика лидеров ЦК ВКП(б), в том числе Сталина, Троцкого, Зиновьева, Каменева, Молотова, Ягоды. Описана борьба Бажанова с большевизмом. Имея неопровержимую информацию, разоблачил чекистского агента в Персии в окружении шаха. Располагая конфиденциальными документами, способствовал разоблачению «жульнической концессионной политики» большевистского правительства. Способствовал прекращению торговли фальшивыми постановлениями ЦК членами ГПУ.
Журналист Владислав Гончаров в своей рецензии на книгу Бориса Соколова «Тайны Финской войны» подвергает сомнению рассказ Бажанова о его косвенном участии в Советско-финской войне 1939–1940.
По словам Бажанова, он прибыл в Финляндию как представитель русских эмигрантских организаций по приглашению маршала Маннергейма, для формирования из пленных красноармейцев антибольшевистской Русской Народной Армии. Непосредственно перед окончанием войны первые части этой армии успели поучаствовать в боевых действиях на стороне Финляндии, но были расформированы сразу после заключения мирного договора с СССР, а Бажанов был вынужден бежать из страны.
По мнению В. Гончарова, этот рассказ не подтверждается никакими другими источниками, в том числе и воспоминаниями Маннергейма.