Окончив курс в морском кадетском корпусе, в 1822 - 1825 годах совершил кругосветное плавание к северо-западным берегам Америки под командой М.П. Лазарева 1827 году участвовал в Наваринском сражении. В 1838 - 1839 годах, командуя фрегатом, участвовал в высадке при занятии мыса Ажер, местечек Туапсе и Шапсуху и мыса Субаши и здесь был ранен.
В 1842 году состоялась первая поездка Путятина, с дипломатической целью, к персидскому шаху. По указаниям Путятина была учреждена в Астрабадском заливе военная станция; им были усмирены турк-мены; он убедил персидское правительство унич-тожить прежние стеснения русской торговли на Каспийском море и в самой Персии; принял меры для разграничения водных пространств и настоял на установлении пароходного сообщения между устьем Волги, Кавказом и Персией. По возвращении в Петербург, Путятин председательствовал в комитете по составлению урочного положения для судострое-ния.
В 1852 году Путятин был командирован, с целой экспедицией, в Японию, где, несмотря на препят-ствия со стороны японцев и политические затруд-нения вследствие разрыва Англии и Франции с Россией, успел заключить в Симоде (в 1855 году) выгодный для России торговый трактат, открывав-ший русским купцам японские порты. По возвра-щении из этой экспедиции, важной и в научном отношении (см. "Фрегат Паллада" Гончарова "Воспоминания старого моряка бар. Шиллинга" - в "Русском Архиве", 1892, № 5 и 6), Путятин был награжден графским достоинством.
Новые осложнения на Востоке заставили прави-тельство снова отправить туда Путятина. Он заключил с Китаем трактат в Тзян-Тзине (1858), по которому русские приобретали право свободного посещения внутренних провинций Китая и китайских портов для производства морской торговли. В то же время Путятин успел выговорить у японцев новые торговые привилегии, право путешествия русских внутри Японии и право содержания русского дипло-матического агента при японском дворе.
В 1858 - 1861 гг. Путятин состоял военно-морским агентом при русском посольстве в Лондоне; в 1861 году назначен министром народного просвещения, но через 5 месяцев уволен от этой должности, с назначением в члены государственного совета. Ко времени управления его министерством относятся беспорядки в университетах Санкт-Петербургском и Московском, вызванные введением матрикул.

Печатные труды Путятина:

• "Всеподданнейший отчет о плавании отряда воен-ных наших судов в Японию и Китай, за 1852 - 1855 гг." ("Морской Сборник", 1856, кн. 10);
  
• "Соображения об устройстве морского воспитания в России на новых началах" (ib., 1859, кн. 11 и 12, 1860, кн. 2)
  
• "Проект преобразования морских учебных заведе-ний, с учреждением новой гимназии"
  (Санкт-Петербург, 1860).