Получил домашнее образование под наблюдением Августейших Родителей. Среди его учителей был известный юрист А.Ф. Кони. В службу вступил 11 июня 1871 г. юнкером Николаевского инженерного училища. Подпоручик (со старш. 5 июля 1872). Поручик (со старш. 6 нояб. 1873). Штабс-капитан (со старш. 1 апр. 1876). Прошёл стаж учебных пехотного батальон и кавалерийского эскадрона, окончил Николаевскую академию Генерального Штаба (1876) с серебряной медалью и занесением имени на мраморную доску, став первым в российской истории представителем правящей династии, получившим академическое военное образование. По окончании курса оставлен при Академии и одновременно назначен флигель-адъютантом Императора Александра II. В том же году произведён в капитаны (со старш. 6 нояб. 1876) и зачислен в Генеральный Штаб. Участвовал в Русско-турецкой войне 1877–1878 гг. в чине Ген. Шт. капитана. Состоял для особых поручений при Великом Князе Главнокомандующем. Лично производил рекогносцировку берегов р. Аржиса и Дуная для выбора места переправы, а при переправе русских войск через Дунай у Зимницы 15 (27) июня 1877 г. состоял при начальнике 14-й пех. дивизии ген.-м. М.И. Драгомирове. За отличие при переправе через Дунай и при взятии Систовских высот награждён орденом Св. Влкмч. и Поб. Георгия 4-й ст. (16 июня 1877). Некоторое время нёс обязанности офицера Ген. Штаба в отряде ген.-л. кн. Н.И. Святополк-Мирского, в составе которого был 5–7 июля 1877 г. при атаке и занятии Шипкинского перевала, за что награждён Золотой драгунскою саблей с надписью «За храбрость» (10 июля 1877). Полковник (со старш. 10 сент. 1877). По окончании Русско-турецкой войны командовал 2-м эскадроном, а потом дивизионом Л.-Гв. в Гусарском Е.В. полку, командующим которого назначен 6 мая 1884 г. Награждён орденами Св. Станислава 3-й ст. и Св. Владимира 3-й ст. (1884). Генерал-майор с утверждением в должности (со старш. 30 авг. 1885). В 1889 г. Л.-гв. в Гусарском Е.В. полку под его командованием проходил службу Цесаревич Николай Александрович, будущий Император Николай II. Командир 2-й бригады 2-й гв. кав. дивизии (10 нояб. – 11 дек. 1890). Командующий, затем начальник 2-й Гвардейской кавалерийской дивизии (11 дек. 1890 – 6 мая 1895). Награждён орденом Св. Владимира 2-й ст. (1890). Генерал-лейтенант (26 фев. 1893). Генерал-адъютант Е.И.В. (1894). Генерал-инспектор кавалерии (6 мая 1895 – 8 июня 1905). Генерал-от-кавалерии (1901, со старш. 6 дек. 1900). Назначен командующим войсками Гвардии и Петербургского военного округа (1905–1914) и председателем Совета государственной обороны (8 июня 1905 – 26 июля 1908). Награждён украшенным бриллиантами портретом Его Императорского Величества для ношения на груди (11 июня 1911). Во время Великой войны – Верховный Главнокомандующий (20 июля 1914 – 21 авг. 1915). Награждён орденом Св. Влкмч. и Поб. Георгия 3-й ст. (23 сент. 1914) и 2-й ст. за взятие Перемышля (9 марта 1915), а также почётной саблей с надписью «За освобождение Червонной Руси» (12 апр. 1915). Назначен наместником на Кавказе и командующим Кавказской армией (23 авг. / 5 сент. 1915). Почётный гражданин г. Севастополя (с 11 мая 1916) – по Высочайшему соизволению, согласно ходатайству севастопольского городского общественного управления. При отречении от Престола Государя Императора Николая II вновь назначен Им Верховным Главнокомандующим (2 марта 1917), став последним военачальником, назначенным на этот высший воинский пост законным Российским Государем. 11 (24) марта 1917 года прибыл в Ставку в г. Могилёв, но под давлением Временного правительства отказался от должности и вышел в отставку. Жил Крыму, в имении Дюльбер, принадлежавшем его младшему брату Вел. Кн. Петру Николаевичу. Во время германской оккупации Крыма (апр. 1918) принципиально отказался от встречи с представителями германского командования. В ноябре того же года, после ухода немцев из Крыма, ответил отказом на предложение англичан покинуть Россию. В марте 1919 г. вместе с Императрицей Марией Феодоровной, под угрозой наступления большевиков, был вынужден принять предложение британского короля и его супруги об эвакуации на английском дредноуте «Мальборо». С марта 1919 г. вместе со своей супругой находился в эмиграции, сначала в Италии, а с 1922 г. на юге Франции, в Антибе, под фамилией «Борисов». С 1923 г. жил в имении Шуаньи (департамент Сены и Уазы), в 25 километрах от Парижа. По ходатайству и с согласия Главнокомандующего Русской Армии, генерал-лейтенанта, барона П.Н. Врангеля, принял на себя высшее руководство РОВСом (16 нояб. 1924), возглавив всё русское воинство в Зарубежье. Был призван большинством русской эмиграции Возглавителем Российского Национального Движения. После смерти ген. П.Н. Врангеля (25 апр. 1928) в течение неполных 5-ти дней непосредственно возглавлял РОВС, а 29 апр. назначил на пост Председателя Союза ген.-от-инф. А.П. Кутепова. Состоял шефом полков: Л.-Гв. Литовского (с 6 нояб. 1856), 56-го пехотного Житомирского полка (с 15 июня 1878), 16-го гусарского Иркутского (с 30 июля 1912) и 3-й роты Л.-Гв. Стрелкового Императорской Фамилии полка (с 27 дек. 1905); почётным членом: Николаевской инженерной и Императорской Николаевской военных академий, Императорского русского военно-исторического общества; попечителем Офицерского Собрания Армии и Флота; почётным председателем Союза Русских Инвалидов (с 1927); числился в полках: Л.-Гв. Преображенском, Л.-Гв. Павловском, Л.-Гв. Гусарском Его Величества, Л.-Гв. 4-м Стрелковом Императорской Фамилии, Л.-Гв. в Сапёрном батальоне и 8-м драгунском Астраханском генерал-фельдмаршала Вел. Кн. Николая Николаевича полку. Жена, Вел. Кн. Анастасия Николаевна (1867–1935), урожд. принцесса Черногорская; детей не имел. Скончался 23 дек. 1928 г. (5 янв. 1929 г.) в усадьбе Тенар около г. Антиб на Юге Франции в возрасте 73-х лет. Торжественно похоронен в крипте церкви Св. Архангела Михаила, в г. Канны (Франция). По инициативе внучатых племянников Великого Князя, князей Николая Романовича и Дмитрия Романовича, его прах, вместе с прахом его супруги, перезахоронен в России. Торжественное, с отданием воинских почестей, перезахоронение состоялось 30 апр. 2015 г. в часовне Преображения Господня, находящейся в Мемориально-парковом комплексе героев Первой мировой войны (г. Москва).