Тайный советник (с 27.07.1850), камергер (с 1831). Из московского дворянского рода. Сын генерал-майора Григория Андреевича Ломоносова (1767-1810) от брака с Каролиной Семёновной Волчковой, дочерью С.С. Волчкова. Воспитывался первоначально в Московском благородном университетском пансионе, откуда в 1811 перешел в Царскосельский лицей (одноклассник А.С. Пушкина и А.М. Горчакова).Окончил курс в 1817 с серебряной медалью и 13.06.1817 поступил в Министерство иностранных дел, в 1818 был определён к посольству в Вашингтоне, но в 1821 вернулся в Петербург и в том же году отправился в Испанию, где был назначен состоять при российском поверенном в делах графе М.Н. Булгари. Пробыв некоторое время в Мадриде, Ломоносов был 12.10.1829 произведён в коллежские советники и переведён секретарём посольства в Париж, где оставался до 1829. Затем в 1831 был поверенным в делах в Копенгагене, а в конце того же года назначен 1-м секретарём посольства в Лондоне. 25.05.1835 произведён в статские советники. В 1835 Ломоносов был назначен поверенным в делах в Бразилии, 2.07.1839 произведён в действительные статские советники, с 1841 министр-резидент, а с 1843 - посланник в Бразилии. За время пребывания в Южной Америке он объехал её побережье от Рио-де-Жанейро до устья реки Амазонки и едва ли не первый познакомил русских с жизнью этого континента. В «Современнике» за 1841 была помещена его статья «События в области Пара». Содействовал тому, чтобы российская торговля в Бразилии была приравнена к бразильской как в отношении корабельных сборов, так и импортных и экспортных пошлин. Ломоносов также давал уроки русского языка императору Бразилии Педру II.
Во время приездов в Россию встречался с Пушкиным. В сентябре 1828 Пушкин передал А.И. Тургеневу с уезжавшим в Лондон Ломоносовым шесть глав «Евгения Онегина» и другие произведения. При этом, по утверждению П.А. Вяземского, Пушкин «был не особенно близок к Ломоносову».
В 1848 Ломоносов был переведен на пост посланника в Португалию. В Лиссабоне он получил известность своими обедами после того, как нанял повара, ранее служившего у римского папы. Современники свидетельствуют, что только из риса этот повар умел готовить двадцать пять блюд, секрета которых, кроме него, не знал никто.
С 1853 по день смерти Ломоносов занимал пост чрезвычайного посланника и полномочного министра при Нидерландском дворе.
За службу был удостоен российских орденов: Св Владимира 4-й степ. (5.04.1824), Св. Владимира 3-й степ. (1834), Св. Станислава 1-й степ. (1843), Св. Анны 1-й степ. (1847), знака отличия за 30 лет беспорочной службы (1850), а также иностранных орденов: Карлоса III малого креста (Испания, 1823), Почётного легиона (Франция, 1825), Южного креста командорского креста (Бразилия, 1841), Розы большого креста (Бразилия, 1846), Св. Михаила большого креста (Бавария, 1849), Христа 1-й степ. (Португалия, 1850). Скончался от паралича в своём имении Сан-Данелло (близ Флоренции), тело «на время» поставлено в Греческой кладбищенской церкви в Ливорно. Спустя два года по желанию и на средства А.Н. Демидова,
бывшего другом Ломоносова, в этой церкви была устроена постоянная могила.
Государственный секретарь М.А. Корф (тоже одноклассник Ломоносова) в своем дневнике даёт такой отзыв о Ломоносове: «Человек способный и умный, но еще более хитрый и пронырливый; в лицее по этим свойствам мы называли его “кротом”». Ломоносов интересовался зоологией и в своих поездках составил коллекцию чучел животных, часть из которой в 1851 передал в Зоологический музей Казанского университета. Из них сохранились 9 видов птиц, в том числе чешуйчатый и воробьиный дятлы, 2 вида пуховок, южный трогон, и 3 вида обезьян — чёрный и рыжий ревуны и буроголовая коата.
