Внук писателя А. Н. Толстого, сын физика Н. А. Толстого, брат писательницы Т. Н. Толстой.
Народный депутат России (1990—1993). Депутат Законодательного собрания Санкт-Петербурга (1994—2002).
Образование и научные степени:
С 1962 года работает в Государственном оптическом институте им. С. И. Вавилова: в 1970—1990 — начальник лаборатории, в 1990—1996 — главный научный сотрудник, в 1996—1998 — директор государственного дочернего предприятия ГОИ — Центра астрономических программ, с 1998 — ведущий научный сотрудник. Основные труды — в области спектроскопии, люминесценции и стимулированного излучения активированных кристаллов и стёкол. В настоящее время — заместитель директора по внешним связям Научно-исследовательского и технологического института оптического материаловедения (НИТИОМ) ВНЦ «ГОИ им. С. И. Вавилова».
С 2005 года читает лекции в Санкт-Петербургском государственном университете экономики и финансов.
В 1989 году баллотировался на повторных выборах в народные депутаты СССР при поддержке комитета «Выборы-89»; проиграл во втором туре.
В 1990—1993 — народный депутат России; был избран при поддержке блока «Демократические выборы-90».
Был председателем подкомитета по культурным и научным связям Комитета по международным делам и внешнеэкономическим связям Верховного Совета РСФСР; председателем Комиссии по вопросам российского зарубежья при Президиуме Верховного Совета РФ. В 1991—1993 годах был председателем трёх Всемирных конгрессов соотечественников, проведенных в Москве и Санкт-Петербурге.
Избирался депутатом Законодательного Собрания Санкт-Петербурга:
Входил в постоянную комиссию по образованию, культуре и науке. Также в 1994—1998 был членом координационной группы по законодательству, в 1998—2002 — членом бюджетно-финансового комитета.
Также выдвигался кандидатом: