Действительный статский советник (с 1.08.1857), камергер (с 16.08.1857). Из древнего княжеского рода. Сын гофмейстера князя Александра Михайловича Голицына (1772-1821) от брака с фрейлиной императрицы Елизаветы Алексеевны княжной Натальей Федоровной Шаховской (1779-1807). Родился в С.-Петербурге. Детство и юность провел в Париже, где в доме своей тетки Е.И. Голицыной познакомился со многими известными художниками и литераторами. Поступив на службу 17.01.1822 в Коллегию иностранных дел актуариусом, он был сначала причислен (22.05.1823) к Московскому архиву коллегии, а затем состоял при миссиях во Флоренции (с 19.01.1824) и Риме (с 26.02.1836). 6.12.1831 пожалован в камер-юнкеры, а 8.10.1836 уволен от службы по слабости здоровья. В это время он тайно перешёл из православия в католичество.
1.06.1854 избран дворянством почетным попечителем С.-Петербургской гимназии. Состоя с 26.10.1855 в должности церемониймейстера, в 1856 пожалован в церемониймейстеры (26.08) и назначен сначала состоять при Министерстве иностранных дел (30.04), а с 8.12.1856 - посланник в Мадриде. С 30.08.1859 состоял, согласно завещанию своего дяди кн. С.М. Голицына, почётным главным директором Московской Голицынской больницы. Умер в Монпелье, где лечился, и погребён на кладбище картезианского монастыря Кампо-Санто в Болонье.
B.A. Муханов дал в своем дневнике такую характеристику Голицыну: «Неправильное воспитание сообщило ему направление, не вполне соответствующее его положению; преувеличенная склонность к чужеземному и по несчастию отчуждение от своей собственной страны... воспрепятствовали ему принести своему отечеству ту пользу, которую он бы мог... Просвещенный ум, доброе сердце, большая обходительность, старинная любезность сообщали большую прелесть сношениям с кн. Голицыным... У князя были благородные вкусы; он любил картины, статуи, старинную мебель, но особенною страстью была у него любовь к старым книгам». Библиотека Голицына находилась в Москве при его музее и представляла собой обширное собрание ценных книг разнообразного содержания, преимущественно исторического, на латинском, греческом, французском, немецком и итальянском языках, в том числе редчайшие инкунабулы и первопечатные издания, почти полное собрание альдов и эльзевиров, роскошные старинные книги, напечатанные на пергаменте, книги замечательные по изяществу переплетов (среди них экземпляры из библиотек герцога Филиппа Орлеанского и маркизы Помпадур), редкие рукописи с миниатюрами. К Голицыну перешла и библиотека, оставшаяся после графа А.М. Дмитриева-Мамонова.
Плохо зная русский язык, Голицын интересовался отечественной литературой. А.О. Смирнова-Россет вспоминала, как в 1844 Голицын вошёл к ней в гостиную в тот момент, когда Н.В. Гоголь читал там свою «Женитьбу», попросил позволения остаться, а затем горячо благодарил хозяйку за приятно проведённый вечер, сказав, что читал «Мёртвые души» с восторгом и радовался, что наконец увидел их автора.
От брака (с 23.08.1842) с княжной Марией Ильиничной Долгоруковой (1822—1907), дочерью генерал-лейтенанта, генерал-адъютанта князя И.А. Долгорукова (во втором браке за Н.Д. Остен-Сакеном), имел единственного сына Сергея Михайловича (1843—1915), действительного статского советника, почетного попечителя и главного директора Голицынской больницы. После смерти отца к нему перешли музей и библиотека. В январе 1865 он открыл в своём доме на Волхонке, 14 Голицынский музей. Из-за финансовых трудностей в 1886 продал отцовские коллекции в казну за 800 тысяч р. При приёме библиотеки в ней оказалось 3276 названий (более 10 тысяч томов), из них часть (926 названий, 2959 томов) была передана в Публичную библиотеку, остальное - в Эрмитаж.
