Родился в семье биржевого маклера. После окончания 8-й петербургской гимназии (1887) поступил в Петербургский университет на факультет восточных языков по арабо-персидско-турецко-татарскому разряду.
Средства отца позволили Бартольду не останавливаться перед расходами для пополнения своего образования, в том числе за границей, осуществления поездок и путешествий. В 1891 – 1892 гг. посетил научные центры Западной Европы (Германия, Финляндия, Швейцария, Сев. Италия, Австро-Венгрия). В 1892 г. оставлен при университете для подготовки к профессорскому званию по кафедре истории Востока. В 1896 г. в звании приват-доцента приступил к чтению лекций. За сочинение «Туркестан в эпоху монгольского нашествия» (Ч. 1–2. 1898–1900), представленном в качестве магистерской диссертации, удостоен степени доктора истории Востока (1900). Публиковал сведения о русских работах по востоковедению в выходившем в Берлине издании «Orientalische Bibliographie». С 1901 г. – экстраординарный, с 1905 г. – ординарный профессор Петербургского университета, с 1910 г. – чл.-кор. РАН, с 1913 г. – академик. Был секретарем основанного в 1903 г. Русского комитета для изучения Средней и Восточной Азии, член Комиссии по изучению племенного состава населения России, член Лингвистической комиссии РАН, член Русского археологического общества, редактировал «Путешествия Марко Поло». Основные направления научной деятельности – история народов и государств Центральной и Средней Азии, взаимодействие культур Востока и Запада, история ислама. Его статьи и книги посвящены Греко-Бактрийскому, Куманскому царствам, Тюркскому каганату и другим государствам; языку и письменности согдийцев, тохатов, тюрков, эфталитов и др.; этногенезу киргизов, таджиков, туркмен, узбеков, уйгуров и др.; биографии Чингисхана и чингизидов, Тимура и тимуридов и др. Ему принадлежат очерки по социально-политической истории, исторической географии, археологии Средней Азии. Сохраняют свое значение работы Бартольда по анализу восточных источников по истории древних славян, а также других народов Восточной Европы. Исследования Бартольда по ранней истории ислама, основанные на критическом анализе источников, обогатили мировое исламоведение. Его труды (более 400) высоко оценивались современниками, переводились на различные языки. Бартольд занимался педагогической, организационной и общественной деятельностью, состоял почетным и действительным членом многих учреждений, ученых обществ и университетов, участвовал в международных научных съездах. Бартольд способствовал становлению сети научных учреждений, учебных заведений в Средней Азии, созданию научных библиотек, формированию рукописных восточных фондов, их собиранию и изучению. Одной из важных задач, к решению которых Бартольд был подключен в первые годы Советской власти, было создание письменности для бесписьменных народов и народностей и замена арабского алфавита на кирилловский. Участник и организатор Первого тюркологического съезда в Баку (1926). Организатор Туркологического кабинета (ТУРК, 1928–1930), который находился в квартире Бартольда и располагал его личной библиотекой. Он занимался во многих библиотеках мира (Англии, Германии, Франции, Турции и др.), СССР (Ленинград, Москва, Ташкент, Баку и др.). Главной целью поездок Бартольда за границу и по СССР было исследование восточных рукописных собраний. Хорошее знание работы библиотек позволяло ему не только читать лекции по истории архивного дела для слушателей Архивных курсов при Петроградском археологическом институте (1918), но и выступать со статьями и обзорами о состоянии библиотек, их рукописных отделов, высказывать предложения по собиранию материалов, раскрытию их через каталоги и т.п. Публичная библиотека занимала одно из важных мест в его научной деятельности. Здесь Бартольд не только черпал необходимые в его исследованиях источники, но и, как ее сотрудники, принимал непосредственное участие в ее деятельности. В январе 1927 г. по предложению Н. Я. Марра он приглашен в качестве консультанта «по работам Восточного отделения» с оплатой из научных кредитов, а с 1 февраля 1928 г. зачислен нештатным сотрудником. В 1929 г. он вновь был консультантом. В Восточном отделении Бартольд руководил работой сотрудников, занимавшихся каталогизацией книг на персидском и других языках. Согласно трудовому договору на Бартольда возлагалось также описание «рукописей турецких, арабских, персидских и, в первую очередь, рукописей б. Крымского ханства». С 1927-го по 1930 г. Бартольд занимался описанием рукописей регулярно, как правило, два раза в неделю, по понедельникам и четвергам посещая Публичную библиотеку. Всего было описано около 500 рукописей: арабских («Новая серия»); собр. И. В. Ханыкова; собр. А. С. Фирковича; персидско-таджикских. («Персидская новая серия»); тюркоязычных («Турецкая новая серия»). Труды Бартольда представляли исключительную ценность, так как позволили ввести в научный оборот неизвестные ранее материалы. Судя по пятилетнему плану, составленному Бартольдом в 1929 г., он предполагал посвятить каталогизации несколько лет. Смерть помешала ему завершить эту работу.
