Адмирал (с 1858), генерал-адъютант (с 1849). Из старинного дворянского рода, восходящего к XVI в. Старший сын капитан-лейтенанта Василия Евфимовича Путятина (1779-1805) от брака с Елизаветой Григорьевной Бухариной, дочерью генерал-майора Г.И. Бухарина. Родился в С.-Петербурге, детство провёл в родовой усадьбе Пшеничище Чудовской волости Новгородского уезда. Образование получил в Морском кадетском корпусе, по окончании которого в 1822 произведён в мичманы. В 1822—1825 на фрегате «Крейсер» под командованием капитана 2-го ранга М.П. Лазарева совершил кругосветное плавание к северо-западным берегам Америки, за которое награжден орденом Св. Анны 3-й степ. Служил на Балтике и кораблях Средиземноморской эскадры; в 1827 на корабле «Азов» участвовал в Наваринском морском сражении, за храбрость награжден орденом Св. Владимира 4-й степ. с бантом. В 1828 произведен в лейтенанты. В 1830 за 18 морских кампаний награжден орденом Св. Георгия 4-й степ. С 1832 на Черноморском флоте, состоял офицером для особых поручений при вице-адмирале М.П. Лазареве, принимал участие в гидрографических работах и описи пролива Дарданеллы. С 1834 капитан-лейтенант, с 1838 капитан 2-го ранга. В 1838—1839 командовал фрегатом, а затем сводным отрядом моряков, высаженных с кораблей у устья реки Субаши (Абхазия), и с боями овладевшим значительным участком побережья, был ранен. С 1839 капитан 1-го ранга.
В 1841 командирован в Англию для заказа пароходов для Черноморского флота. В 1842 руководил миссией в Персии, добившейся отмены ограничений для русской торговли и установления судоходного сообщения по Каспийскому морю. В августе 1842 произведен в контр-адмиралы. В 1842—1844 председатель комитета по составлению положения о судостроении. В апреле 1846 пожалован в Свиту Е.И.В. В 1847—1849 находился на Черном и Каспийском морях, на Кавказе, в Англии, Турции и Египте. С апреля 1849 генерал-адъютант, В апреле 1851 получил чин вице-адмирала.
В 1852—1855 принимал участие в дальневосточной экспедиции на фрегате «Паллада», возглавляя русскую миссию по установлению дипломатических и торговых связей с Японией. Японское правительство под разными предлогами всячески оттягивало заключение договора с Россией. В переговорах с японскими представителями Путятин был тактичен, строго соблюдал японский дипломатический церемониал, не прибегал к угрозам и сумел заранее заручиться обещанием японских властей, что Россия получит в Японии права наиболее благоприятствуемой нации. 26.01.1855 Путятин подписал с японскими уполномоченными первый русско-японский договор, получивший название Симодского. Симодский трактат состоял из девяти статей и дополнения. Русские граждане в Японии и японцы в России получили гарантии личной и имущественной безопасности и свободы. Для русских судов были открыты три порта (Симода, Хакодате и Нагасаки), однако торговля была разрешена только в двух первых из указанных портов. В один из портов (Хакодате) было разрешено назначить русского консула. Что же касается территориального вопроса, то граница была установлена между Урупом и Итурупом, а остров Сахалин признавался в совместной собственности двух государств.
В декабре 1855 указом императора Александра II возведен, с нисходящим его потомством, в графское Российской Империи достоинство. В 1855—1856 начальник штаба Кронштадтского военного губернатора. В 1856—1857 российский военно-морской агент (атташе) в Лондоне и Париже.
В 1857 в связи с англо-французской интервенцией в Китае был направлен с особыми полномочиями в Пекин. Необходимость усиления обороны тихоокеанского побережья России в условиях обострения противоречий с Англией и Францией, нарастание угрозы России и Китаю со стороны западных держав, интересы развития торговли с Китаем требовали урегулирования ряда вопросов в русско-китайских отношениях, и в первую очередь юридического оформления принадлежности к России левобережья Амура и Приморья. Это и было поручено миссии во главе с Путятиным. Правительство России не было заинтересовано в расширении иностранного, прежде всего английского, влияния в Китае, т. к. это создавало непосредственные угрозы восточным границам Российского государства. Поэтому в задачу миссии входило также противодействие стремлениям Англии и Франции к установлению контроля над цинским правительством. В связи с тайпинским восстанием Путятин получил указание «не вмешиваться в сии внутренние дела Китая».
В апреле 1857 Путятин прибыл в Кяхту на русско-китайской границе, но не был пропущен в Пекин цинскими властями. Поэтому ему пришлось направиться в Китай морем. Однако ему не было разрешено проехать в столицу цинской империи из порта Дагу (Северный Китай) под предлогом того, что ведение переговоров с Россией цинским правительством было поручено местным властям провинции Хэйлунцзян. В ноябре 1857 Путятин прибыл в Сянган (Гонконг), где в это время находились представители Англии, Франции и США. В соответствии с полученными им инструкциями Путятин категорически отверг предложение английского представителя участвовать в предъявлении совместных ультимативных требований к цинскому правительству. На аналогичное предложение правительств Англии и Франции через послов в Петербурге русское правительство также ответило отказом, заявив, что в отношении Китая Россия «не прибегнет к языку угроз» и «не присоединится ни к каким насильственным мерам».
Захватив в конце декабря 1857 Гуанчжоу (Кантон), Англия и Франция перенесли военные действия в Северный Китай. Будучи не в состоянии оказать действенное сопротивление объединенным силам интервентов, цинское правительство было вынуждено пойти на переговоры с ними. Оно обратилось к России с просьбой о посредничестве и согласилось вести с Путятиным переговоры раньше, чем с представителями др. держав. В результате переговоров между Путятиным и представителями Китая Гуй Ляном и Хуа Шан-а в Тяньцзине в июне 1858 был подписан новый русско-китайский договор. Статья 9 договора и подписанный за две недели до этого в Айгуне русско-китайский договор устанавливали в качестве границы между двумя странами реку Амур до впадения в нее pеки Уссури. В ходе переговоров Путятин заявлял представителям цинского правительства о решимости России воспрепятствовать подчинению Китая Англии. Он предложил цинскому правительству помощь против интервентов в виде поставок оружия и посылки русских военных инструкторов. Вскоре после принятия этого предложения русское правительство направило в Китай нескольких инструкторов и партию оружия. Путятин советовал начать в Китае промышленную разработку природных ресурсов и производство современного вооружения, чтобы создать сильную армию и с ее помощью «сдерживать стремление к насилиям со стороны других государств». Путятину было поручено также изложить цинскому правительству совет не принимать вооруженной помощи от Англии и Франции в подавлении тайпинского восстания, и в то же время предписано «уклониться от положительного ответа китайскому правительству, если бы оно обратилось к нему с просьбой о присылке вспомогательного отряда для действий против инсургентов». Осуществляя посредничество, Путятин стремился ослабить давление на цинское правительство со стороны Англии и Франции. Он рекомендовал представителям этих стран не вынуждать Китай на «слишком большие уступки». Путятин отказался присоединиться к ультимативным англо-французским требованиям относительно предоставления иностранным посланникам права постоянного пребывания в Пекине. Договор, подписанный Путятиным, предусматривал возможность лишь временного пребывания посланников России в Пекине.
В августе 1858, после того как Соединенные Штаты подписали с Японией новый неравноправный договор (июль 1858), заключил второй русско-японский договор (Эдоский трактат), расширивший права России, полученные по договору 1855 (Япония открывала для России еще два порта и предоставляла, ей право иметь в них свои консульства). Одновременно проводил работы по исследованию залива Ольги в Японском море, участвовал в открытии залива Владимира. В августе 1858 произведен в адмиралы. В 1858—1861 вновь военно-морской агент в Лондоне.
В июне 1861 назначен министром народного просвещения. По словам П.А. Валуева, «поводом к выбору гр. Путятина было состояние наших учебных заведений и в особенности университетов, где более и более ослаблялась дисциплина и распространялись социалистические и материалистические учения. Гр. Путятин был известен за человека набожного, даже склонного к религиозному ригоризму, и слыл человеком с твердым характером и железной волей. Вся его внешность имела аскетический оттенок... Всматриваясь в резкие, бледные, почти изможденные черты лица гр. Путятина, замечая неподвижность выражения этого лица и припоминая рассказы о твердости и сосредоточенности в самом себе, обнаруженных им во время его экспедиции в Японию, я думал, что Министерство народного просвещения передается в сильные и даже жесткие руки. Гр. Путятин в генерал-адъютантском мундире как-то и почему-то напоминал мне латинских кардиналов времен Филиппа II, и я, конечно, не предугадывал, что не далее как через три месяца при первой вспышке беспорядков в Санкт-Петербургском университете этот непреклонный аскет, кардинал, адмирал и генерал-адъютант окажется нерешительным, ненаходчивым, нестойким, одним словом — несостоятельным в кругу тех обязанностей, которые были на его возложены». Назначение Путятина на пост министра оказалось крайне неудачным. Он попытался крутыми мерами подавить начавшееся брожение среди университетской молодежи. Путятин, человек прямодушный, обращался с профессорами и студентами, как с командой на военном корабле, что обострило недовольство и вызвало ряд демонстраций в С.-Петербурге, Москве и других университетских центрах. Через 5 месяцев после назначения, в декабре 1861, он был уволен в отставку с назначением членом Государственного совета.
На этом фактически завершилась активная государственная деятельность Путятина. В январе 1883 вновь назначенный государственный секретарь А.А. Половцов, отдавая визиты членам Государственного совета, застал «гр. Путятина в скромнейшей наемной квартире с сильным запахом кухни и оглушительным кашлем чахоточной дочери». Спустя несколько месяцев Путятин скончался в Париже на 80-м году жизни; похоронен в Киево-Печерской лавре. За службу удостоен ряда высших российских орденов: Св. Станислава 1-й степ. (1850), Св. Анны 1-й степ. (17.04.1853), Белого Орла (20.07.1855), Св. Александра Невского (13.01.1858), Св. Владимира 1-й степ. (1.03.1872), Св. Андрея Первозванного (15.05.1883). Имел также иностранные ордена: Льва и Солнца (Персия, 1842), командорский крест ордена Спасителя (Греция, 1850), Восходящего Солнца 1-й степ. (Япония,1881). Именем Путятина названы мыс и остров в Японском море, мыс в бухте Провидения (Анадырский залив Берингова моря).
Был женат (с 20.06.1845) на Марии Васильевне Ноульс (1823—1879), дочери начальника департамента Английского морского управления. По отзыву современника, она была прекрасная женщина, исполненная доброты, кротости и полностью преданная своему семейству, мужу и детям. 19.05.1873 она приняла православие. Супруги имели 6 детей: графа Василия Евфимовича (1846—1887); графиню Ольгу Евфимовну (1848—1890), фрейлину; графиню Марию Евфимовну (1850—1887), фрейлину; графа Евгения Евфимовича (1852—1909), служившего в лейб-гвардии Конно-артиллерийской бригаде; графиню Елизавету Евфимовну (1853—?); графа Августина Евфимовича (1856—1877), поручика лейб-гвардии Преображенского полка.
