Тимофеев-Ресовский родился в Москве в 1900 году в семье из рода петровских дворян и духовенства. Он воевал в составе Красной армии в годы Гражданской войны, окончил Московский государственный университет, но не получил диплома. На его судьбу сильно повлиял классик биологии Николай Кольцов, который взял студента на кафедру зоологии, а затем рекомендовал ему поехать в Германию.

 
В научный городок Берлин-Бух молодого советского генетика пригласил Оскар Фогт, известный в СССР как исследователь мозга Владимира Ленина. Задача Тимофеева-Ресовского была организовать отдел генетики и биофизики в Институте мозга. Позднее этот отдел стал Институтом биофизики и генетики, а сегодня это крупный авторитетный Центр молекулярной медицины.

 
В мае 1945 года ученый отказался эмигрировать в Америку, сохранив свою лабораторию в Берлин-Бухе и ожидая прихода советской армии. Из лаборатории не уехал ни один научный сотрудник. В том же году Николай Владимирович был арестован НКВД и обвинен в измене родине. Ученый сидел на Лубянке, в Бутырской тюрьме, был отправлен как «невозвращенец» в Карагандинский лагерь.

 
На волне изучения ядерной энергетики сотрудники атомного ведомства СССР нашли ученого в лагере, умирающим от пеллагры. Тимофеева-Ресовского отправили на Урал, в секретную лабораторию «Б», где он возглавил работу биофизического отдела. В нем служили ученые из числа заключенных, пленных и вольнонаемных специалистов. Они исследовали биологическое воздействие радиации, ядерных взрывов и радиоактивных загрязнений на организмы животных, растений и человека, решали проблемы биологической защиты.

 
В 1964 году Тимофеев-Ресовский приехал в Обнинск в только что организованный Институт медицинской радиологии. Его целью было воспитание молодого поколения исследователей, формирование научной школы радиационной генетики. Ученый, сделавший ряд ключевых открытий, был реабилитирован только спустя 11 лет после смерти.