Родился в Серпухове в семье квартального надзирателя Павла Васильевича Боголепова (1812—1864) и Эмилии Карловны Фильгабер.
Окончил в 1864 с золотой медалью 1-ю Московскую гимназию. Поступил на юридический факультет Московского университета, который окончил в 1868.
Профессор римского права в Московском университете. В 1876 подготовил и защитил магистерскую диссертацию.
Два года провел в научной командировке за границей.
Ректор Императорского Московского университета (1883—1887, 1891—1893). С 1895 года — попечитель Московского учебного округа. В 1898—1901 министр народного просвещения, проводил курс на подавление студенческих волнений и на ограждение учащихся студентов от втягивания в революционную деятельность (183 студента киевского университета Св. Владимира, устроившие беспорядки, были отданы в солдаты в 1900, были уволены представители наиболее оппозиционно настроенной профессуры). При Боголепове начали строиться на казённые деньги общежития при университетах.
14 февраля 1901 года гомельский мещанин Пётр Карпович, ранее учившийся в Юрьевском и Московском университете, выстрелил в Боголепова в его министерской приёмной. Выстрел пришёлся в шею, и от потери крови Боголепов скончался. Похоронен на Дорогомиловском кладбище.
В тот день, 14 февраля, Боголепов с присущей ему пунктуальностью приехал в министерство около 13 часов. Приемную уже заполнили многочисленные посетители. Заслушав доклад о текущих делах, министр стал обходить просителей. У входа находился один из служителей, к которому уже во время приема обратился только что появившийся скромно одетый молодой человек и, изложив суть своего ходатайства, прошёл на предложенное ему место, рядом с черниговским городским головой. По показаниям свидетеля на суде, видимо, дежурившего у входа во время приема, увидев Карповича, он подумал: «Какой несчастный молодой человек, какой нервный и больной! Он хотя и был спокоен, но бледен, руки тряслись, и на лице были заметны подергивания». Ещё бы, ведь тому впервые предстояло отважиться на столь отчаянный шаг, к тому же в его распоряжении был только один-единственный выстрел, сделать другой ему бы просто не дали.
Тем временем Боголепов, подойдя к соседу Карповича, выслушал его просьбу об открытии в Чернигове реального училища. В ответ он заявил: «Представьте нам удостоверение от более состоятельных помещиков и дворян, что они будут отдавать в училище своих детей … Мы не желаем открывать училища для разночинцев». По утверждению Карповича на суде, эти слова министра окончательно развеяли все его колебания. Завершив разговор с черниговским головой, Боголепов перешёл к Карповичу и взял у него прошение, но вновь обернулся к его соседу, и в этот момент прогремел выстрел. Пошатнувшись, Боголепов без звука, словно подкошенный, рухнул на паркет приемной и на несколько мгновений потерял сознание. Револьвер и прошение Карповича полетели на пол. Его тут же схватили и связали. «Не бойтесь, я не уйду, я сделал свое дело», — только и смог вымолвить виновник происшествия. Раненый министр был доставлен домой, а Карповича поместили в дом предварительного заключения.