Учился в Морском кадетском корпусе (1816—1819). В 1822—1824 участвовал в кругосветном плавании под командованием М. П. Лазарева. Принимал участие в деятельности Русско-американской компании. Сблизился с К. Ф. Рылеевым. Формально не являлся членом декабристских организаций, но тем не менее разделял их идеи.
В ноябре 1825 отбыл в отпуск в Казанскую и Симбирскую губернии и во время восстания декабристов 14 (26) декабря 1825 отсутствовал в Санкт-Петербурге. Арестованный в начале января 1826, после допроса был освобождён, однако в марте 1826 вновь арестован. Обвинён в согласии с умыслом цареубийства; был приговорён к каторжным работам.
Вернулся из Сибири в 1863 (был принудительно выслан царём из Читы по представлению генерал-губернатора Муравьёва — уникальный в отечественной истории случай — выслали из Сибири в Европейскую Россию. Власти считали пребывание его в Забайкалье опасным — Завалишин писал статьи, разоблачающие злоупотребления местной администрации). Обосновался в Москве. Участвовал в печати, публикуя статьи и воспоминания («Московские ведомости», «Русский вестник», «Русская старина», «Исторический вестник» и другие газеты и журналы). Автор обширных «Записок декабриста» (Мюнхен, 1904; Санкт-Петербург, 1906), содержащих важные, хотя и не лишённые тенденциозности, сведения о жизни декабристов в Сибири.