Этнограф, географ. Род. в станице Ямышевской в семье казачьего офицера. Учился в Омском кадетском корпусе и в Петербургском университете.
В 1855 провел полгода на Алтае (станицы Антоньевская и Чарышская). В 1864 служил в Том. губернском совете, где занимался делами по освобождению крестьян, приписанных к Алтайским з-дам, и делами по улучшению быта "инородцев".
Во время экспедиций в Монголию и Туву (1876-1877, 1879-1880) побывал в Бийске и Кош-Агаче, вел здесь сборы гербария, зоологической коллекции, изучал географию. С 1907 почти ежегодно бывал летом в Горном Алтае.
В статьях и книгах Потанина представлены обширные сведения и материалы о природе Алтая, истории и жизни русского населения, казаков, переселенцев. Собирал и изучал алтайский фольклор, опубликовал произведения устной поэзии алтайцев.