Окончил МФТИ по специальности «молекулярная биофизика» (1969). С 1969 по 1972 — аспирант МФТИ. В 1972—1996 работал в Институте молекулярной биологии им. В. А. Энгельгардта АН СССР (РАН), прошел путь от старшего лаборанта до ведущего нучного сотрудника. С 1996 — в Институте биоорганической химии им. М. М. Шемякина и Ю. А. Овчинникова РАН; заведующий лабораторией инженерии белка (с 2002). Доктор биологических наук (1987), профессор. Заведующий кафедрой биоинженерии биологического факультета МГУ им. М.В.Ломоносова со дня ее основания (2000). В 2004—2006 — проректор, начальник Управления инновационной политики и организации инновационной деятельности МГУ. С 2006 — декан биологического факультета МГУ.
С 1989 находится на государственной службе, совмещая ее с научной и преподавательской деятельностью. Занимал должности заместителя начальника отдела, заместителя начальника Главного управления Государственного комитета СССР по науке и технике (1989—1991); заместителя начальника управления и начальника управления Министерства науки, высшей школы и технической политики РФ (1992—1993), заведующего Отделом науки и образования Аппарата Совета Министров — Правительства РФ (1993—1994), начальника Департамента науки и образования (1994—1997) и Департамента науки, высоких технологий, образования и культуры Аппарата Правительства РФ (1997—1998), Первого заместителя Министра (июль-сентябрь 1998) и Министра науки и технологий РФ (сентябрь 1998 — май 2000); Первого заместителя Министра промышленности, науки и технологий РФ (июнь 2000 — март 2004); был членом Президиума РАН и членом Совета РФФИ. В 1998—2000 представлял Правительство РФ в качестве наблюдателя в Совете Европейской организации ядерных исследований, был полномочным представителем Правительства РФ в Комитете представителей государств — членов Объединенного института ядерных исследований.
В настоящее время — Председатель ВАК Министерства образования и науки РФ (с 16 декабря 2005), член Бюро Отделения биологических наук РАН, член Совета РГНФ.
Ученик А. А. Баева, одного из основоположников отечественной молекулярной биологии и генетической инженерии. Одним из первых в мире предложил новый подход для изучения структуры белков и их комплексов с ДНК, основанный на согласованном использовании приемов генетической инженерии, химического синтеза олигонуклеотидов и физического анализа структуры биополимеров. Получил пионерские результаты по конструированию и исследованию искусственных белков, участвовал в создании дизайна и получении первого в мире белка de novo с заданной структурой и функцией. В настоящее время занимается исследованиями ряда рекомбинантных белков и пептидов, представляющих интерес для медицины и биотехнологии, изучением их структуры и функции, а также структурно-функциональных отношений в белковых молекулах.
Автор 193 научных работ (на 2011 год по данным Web of Science, индекс Хирша 18) и многих патентов, создатель ведущей в России школы белковой инженерии.
Член Координационного межведомственного совета по приоритетному направлению «Науки о жизни и биотехнология», член межведомственной комиссии по проблемам генно-инженерной деятельности, член межведомственного научного совета РАН и РАМН по фундаментальным проблемам медицины, член ряда других научных советов РАН и Министерства образования и науки РФ.
В течение нескольких лет читал спецкурс «Белковая инженерия», в настоящее время читает цикл лекций «Введение в молекулярную биоинженерию» на кафедре биоинженерии биологического факультета МГУ.
Главный редактор журнала «Вестник Московского университета. Серия биологическая», член редколлегий научных журналов «Биологическая химия», «Биотехнология», «Наука в России», член специализированного Ученого совета по защитам докторских диссертаций Института биологии гена РАН, член экспертной комиссии РСОШ по биологии.
Женат, супруга заведует лабораторией в Институте кристаллографии им. А. В. Шубникова РАН. Дочь окончила биологический факультет МГУ.
Владеет английским и французским языками.
Награжден Почетной грамотой Правительства РФ (1995), орденами Почёта (1998), Дружбы (2006) и «За заслуги перед Отечеством» IV степени (2011), а также медалями. Лауреат Государственной премии РФ в области науки и техники (1999).