Родился 20 января (2 февраля) 1904 года в селе Василёво (ныне - город Чкаловск Нижегородской области). Учился на токаря в Череповецком ремесленном училище. В 1918-1919 работал молотобойцем в Василёвском затоне, кочегаром на землечерпалке "Волжская 21" и на пароходе "Баян".

В армии с 1919. До 1921 - слесарь по ремонту и сборке самолётов 4-го авиационного парка (город Нижний Новгород). В 1923 окончил Егорьевскую военно-теоретическую школу ВВС, в 1923 - Борисоглебскую военную авиационную школу лётчиков, в 1924 - Московскую школу высшего пилотажа и Серпуховскую высшую школу воздушного боя, стрельбы и бомбометания. Служил в строевых частях ВВС (в Ленинграде и Брянске). В 1928 уволен из армии за аварию самолёта, осуждён на 1 год лишения свободы. В январе 1929 помилован. В 1929-1930 - лётчик-инструктор Ленинградского авиационного клуба ОДВФ.

С 1930 - вновь в армии. В 1930-1933 - лётчик-испытатель НИИ ВВС. В 1930-1931 участвовал в государственных испытаниях истребителя И-5, в 1931-1932 - в испытаниях "Звена" В.С.Вахмистрова (ТБ-1 и два истребителя И-4 на его крыльях). С 1933 - в запасе.

С 1933 - лётчик-испытатель авиазавода 39 и ОКБ Н.Н.Поликарпова. Поднял в небо и провёл испытания истребителей И-14, И-15, И-16, составлявших основу истребительной авиации ВВС в конце 1930-х годов.

20-22 июля 1936 года на самолёте АНТ-25 (второй пилот - Г.Ф.Байдуков, штурман - А.В.Беляков) совершил беспосадочный перелёт из Москвы через Северный Ледовитый океан и Петропавловск-Камчатский на остров Удд (ныне - остров Чкалов, в устье Амура) протяжённостью 9374 км (полётное время - 56 часов 20 минут).

За выполнение перелёта и проявленные при этом мужество и героизм 24.07.1936 присвоено звание Героя Советского Союза.

18-20 июня 1937 года на самолёте АНТ-25 (второй пилот - Г.Ф.Байдуков, штурман - А.В.Беляков) совершил беспосадочный перелёт Москва - Северный полюс - Ванкувер (США) протяжённостью 8504 км по прямой (полётное время - 63 часа 16 минут).

После возвращения из перелёта продолжил лётно-испытательную работу в ОКБ Н.Н.Поликарпова; провёл испытания самолётов ВИТ-1 и ВИТ-2.

Жил в Москве. Погиб 15 декабря 1938 года при выполнении первого вылета на самолёте И-180. Похоронен в Москве, на Красной площади, в Кремлёвской стене.

Комбриг (1938). Награждён 2 орденами Ленина, орденом Красного Знамени, медалью.

Его именем названы населённые пункты, улицы во многих городах, суда, школы. В Нижнем Новгороде и других городах установлены памятники.