Urodził się 3 marca 1845 r. w Radzyminie. Syn Aleksandra, żołnierza z 1831 r., geometry, i Jadwigi z Dobrzyńskich.
Od 1857 r. uczył się w gimnazjum realnym w Warszawie, zaś w latach 1862-1864 studiował na Wydz. Filologiczno-Historycznym tamtejszej Szkoły Głównej, uzyskując stopień magistra. Potem (w latach 1866-1868) jako stypendysta rosyjskiego Ministerstwa Oświaty kontynuował studia w Pradze, Jenie i Berlinie. W 1870 r. w Lipsku uzyskał doktorat z filologii za pracę O języku staropolskim sprzed wieku XIV.
Na podstawie tej rozprawy w 1871 r. został docentem prywatnym języków indoeuropejskich w Petersburgu. W 1874 r. został powołany na docenta gramatyki porównawczej na Uniwersytecie w Kazaniu, ale pozostał jeszcze rok w Petersburgu, gdzie obronił rozprawę Opyt fonetiki rezanskich govorov i otrzymał stopień doktora językoznawstwa porównawczego. W 1876 r. został prof. zwyczajnym Uniwersytetu Kazańskiego. Wspólnie z Mikołajem Kruszewskim stworzył szkołę językoznawstwa ogólnego. W latach 1883-1893 wykładał w Dorpacie. Od początku 1885 r. był współwydawcą Prac filologicznych. Następnie od 1893 do 1900 r. pracował na Uniwersytecie Jagiellońskim. Kierował katedrą językoznawstwa porównawczego. W wyniku nacisku władz austriackich i węgierskich, które uznały, że w swoich pracach propagował panslawizm, stanowiący potencjalne zagrożenie dla państwa austriackiego, kontraktu na dalszą pracę z nim nie przedłużono. Podjął wówczas pracę na Uniwersytecie Petersburskim, na którym prowadził wykłady do 1918 r. Był tam profesorem językoznawstwa porównawczego i sanskrytu. Za opublikowanie broszury Nacijonalnyj i tierritorialnyj priznak w awtonomii został skazany na 2 lata twierdzy. Więziony w okresie od listopada 1914 do stycznia 1915 r., po czym został uwolniony. Po powrocie do kraju od 1918 r. profesor językoznawstwa na Uniwersytecie Warszawskim. Członek Akademii Umiejętności w Krakowie (od 1887 r.). Autor licznych prac fachowych, wydanych w języku polskim, czeskim, francuskim, niemieckim, rosyjskim, słoweńskim i włoskim
Wg Normana Devisa Był pacyfistą, zwolennikiem walki o ochronę środowiska, feministą, bojownikiem o postęp w dziedzinie edukacji i wolnomyślicielem, występował także przeciwko większości konwencji społecznych i umysłowych, jakie panowały w jego czasach. Uważał, iż nacjonalizm stanowił zagrożenie dla tożsamości kulturalnej w równym stopniu, co mocarstwa imperialne.
W 1922 r. jego kandydaturę na stanowisko Prezydenta RP zgłosiły mniejszości narodowe, jednak na funkcję tę nie został wybrany.
W 1927 r. dokonał apostazji z Kościoła rzymsko-katolickiego.
Zmarł 3 listopada 1929 r. w Warszawie. Pochowany na tamtejszym Cmentarzu Ewangelicko-Reformowanym.
Pośmiertnie odznaczony Krzyżem Niepodległości.
Żonaty dwukrotnie: z Cezarią z Pryfków, a po jej śmierci z Romualdą Bagnicką, z którą miał córki Cezarię (2 VIII 1885-28 II 1967) zamężną Ehrenkreutz-Jędrzejewiczową (zob.) i Zofię (1887- 29 III 1967), malarkę religijną, oraz synów Jana i Świętosława (zob.).
Jest patronem biblioteki na Wydz. Polonistyki Uniwersytetu Warszawskiego.
W.K. Cygan, Żołnierze Niepodległości 1863-1938. Słownik biograficzny t. 4, Mińsk Mazowiecki-Warszawa-Kraków 2012; „Monitor Polski” nr 6/1934; K. Nitsch, w: Polski Słownik Biograficzny t. I z 1935; www2.flig.uj.edu.pl.