Действительный тайный советник (с 21.04.1773). Из древнего княжеского рода. Сын генерал-фельдмаршала князя Михаила Михайловича Голицына (1675—1730) от второго брака с княжной Татьяной Борисовной Куракиной (1696—1757), статс-дамой. Внук Б.И. Куракина, брат А.М. Голицына (1718-1783), племянник А.Б. Куракина, двоюродный брат С.Д. Голицына. Родился в городе Або. Получив домашнее образование, служил с 1731 в лейб-гвардии Измайловском полку до чина капитана. 5.09.1751 пожалован в камер-юнкеры Высочайшего Двора, а 25.12.1755 — в камергеры; вскоре получил чин генерал-майора и орден Св. Анны. С 1757 вместе с супругой путешествовал по Европе, долго жил в Париже.
После смерти российского посла графа М.П. Бестужева-Рюмина (февраль 1760) заведовал посольством в Париже до прибытия нового посла графа П.Г. Чернышёва. В мае 1761 назначен чрезвычайным послом в Вене и занимал этот пост свыше 30 лет. По случаю коронации имп. Екатерины II (22.09.1762) пожалован в генерал-поручики. Благодаря кропотливой работе Голицына весной 1780 новый имп. Иосиф II первым из Габсбургов нанёс визит в Россию (под именем графа Фалькенштейна), проведя доверительные и продуктивные переговоры с Екатериной II. В качестве посла Голицын принял участие в подготовке русско-австрийского союзного договора 1781.
По словам князя Ф.Н. Голицына, он «... человек был почтенный, добрый, всеми любим... жил почти открытым домом и великолепнее своих сотоварищей. В нем было, между прочим, то достоинство, что он мог приобресть доверенность не токмо тамошних министров, но и самого государя. Император Иосиф, когда надобно было о чем-либо важном переговорить, давал ему знать, куда и в какое время приехать; по большей части сии свидания бывали в загородном доме у князя. Таким поведением в посланнике собственный двор должен быть доволен, а князь мог называться со всех сторон счастливым». В Вене он пользовался популярностью из-за своей широкой благотворительности. Любитель просвещения, он покровительствовал учёным и художникам, которым доставлял способы сбывать свои произведения, причём сам собрал целый музей редкостей бронзы, скульптуры и большую картинную галерею, куда входили произведения Тициана, Рембрандта, Рубенса, Рафаэля, Ван Дейка, Йорданса, Пуссена, Брейгеля, Босха, Караваджо и многих других именитых мастеров. В феврале-марте 1784 у него шесть раз выступал В.А. Моцарт: Голицын давал возможность гениальному композитору и музыканту подзаработать на жизнь и повысить его популярность. Моцарт отмечал обходительность русского князя, предоставлявшего в его распоряжение свой экипаж, а в 1791 после смерти композитора его вдова Констанция поселилась с двумя сыновьями в доме, где находилась резиденция Голицына. Активная культурная и благотворительная деятельность Голицына была отмечена его избранием почётным членом Академий рисунка и художеств Вены и Венеции. За службу удостоен высших российских орденов: Св. Александра Невского (1759) и Св. Апостола Андрея Первозванного (1772), Св. Владимира 1-й степ. (22.09.1783). В 1790 в помощь Голицыну был определён тайный советник граф А.К. Разумовский; глубоко огорчённый недоверием к себе, Голицын 23.04.1792 вышел в отставку. Скончался в Вене на 73-м году жизни; похоронен на своей вилле Предигштуль, близ Вены.
Будучи человеком богатым, Голицын завещал на устройство и содержание больницы в Москве 850 тыс. руб., доходы с двух вотчин, в которых числилось 2 тыс. душ крестьян, и свою картинную галерею. На эти средства в 1801 в Москве была открыта Голицынская больница. В апреле 1802 тело Голицына перевезено в Москву и предано земле в склепе под церковью Голицынской больницы.
Улица в Вене, на которой находилась загородная вилла посла России, в память о нём названа Голицынштрассе. Находящаяся неподалеку гора Предигштуль тоже долгое время носила название Голицынберг, позже официально переименована в Вильхельминенберг (сейчас используются оба названия).
Был женат (с 1751) на камер-фрейлине княжне Екатерине (Смарагде) Дмитриевне Кантемир (1720—1761), дочери господаря Молдавии князя Д.К. Кантемира и сестрой А.Д. Кантемира, пожалованной после брака в статс-дамы. Во время жизни Голицыных в Париже Екатерина очаровала местную публику своими прелестными внешностью, манерами и незаурядным умом. Блестяще играя на клавесине и обладая красивым голосом, по словам современников, княгиня могла соперничать в пении с лучшими итальянскими виртуозами. Часть имущества Екатерина Дмитриевна завещала на поддержку «повивального дела» в России. Согласно воле покойной Голицын начал жертвовать деньги на научные исследования в области медицины, поддерживать талантливых врачей. Детей не имели.
