Efter at have drevet sprogvidenskabelige studier i Halle, Berlin og Jena drog Radloff i 1858 til Sankt Petersborg og blev i 1859 lærer ved bjergværksskolen i Barnaul i Vestsibirien, hvorfra han i de følgende år foretog mange rejser blandt de i Sibirien levende nordtyrkiske stammer. I 1871 blev han kredsinspektør for de muhammedanske skoler i Kasan, i 1884 direktør for det asiatiske museum i Sankt Petersborg og medlem af Videnskabernes Akademi sammesteds. For studiet af de tyrkiske, særlig de nordtyrkiske, sprog og folk har han udfoldet en energisk og i visse henseender fortjenstlig virksomhed, hvis værdi dog kun altfor ofte forringes ved hans stærkt fremtrædende mangel på filologisk metode og akribi.