Действительный тайный советник 1-го класса (с 8.09.1802). Из старинного дворянского рода. Сын генерал-аншефа и сенатора графа (с 1760) Романа Илларионовича Воронцова (1707—1783) от брака с Марфой Ивановной Сурминой (1718—1745), брат С.Р. Воронцова, троюродный брат И.А. Воронцова, дядя Д.П. Бутурлина. Родился в С.-Петербурге. Рано лишившись матери, воспитывался в доме дяди, вице-канцлера графа М.И. Воронцова, где получил превосходное образование: с 5 лет свободно читал по-французски, в 12 лет был знаком с произведениями Вольтера, Расина, Корнеля, Буало и других французских писателей. Записанный в детстве капралом в лейб-гвардии Измайловский полк, в 1756 получил чин прапорщика, в 1759 — подпоручика. В возрасте 12 лет по настоянию дяди был отправлен в Версальскую рейтарскую школу; в Париже в 1753—1760 получил разностороннее образование, которое завершила поездка по Португалии, Испании и Италии. Он был лично знаком со многими деятелями французского Просвещения, в том числе с Вольтером, с которым поддерживал переписку и ряд сочинений которого перевел на русский язык.
В 1761 состоял поверенным в делах России в Вене, в .10.1761 назначен полномочным министром в Гааге. 28.12.1761 император Пётр III, благоволивший к нему как к брату своей фаворитки, пожаловал Воронцова в действительные камергеры. 28.12.1761 Воронцову на проезд из Вены в Гаагу послано 5000 рублей. Однако в Голландию Воронцов так и не прибыл, получив новое назначение: в 1762—1764 полномочный министр в Лондоне, а в 1764—1768 — вновь в Гааге. С 21.04.1773 тайный советник. В сентябре 1773 — январе 1794 президент Коммерц-коллегии, член Комиссии по коммерции, где составил таможенный тариф. 1.01.1779 назначен сенатором. 24.11.1784 получил чин действительного тайного советника. С 1784 состоял членом Совета при императрице. Поддерживал связи со многими деятелями русской культуры и науки, оказывал служебное покровительство Г.Р. Державину. Воронцова связывали близкие отношения с А.Н. Радищевым; в 1774—1775 оба они посещали масонскую ложу «Урания». В. материально поддерживал Радищева в годы ссылки, ходатайствовал о его возвращении в С.-Петербург. В январе 1794, согласно прошению, уволен в отставку и поселился в своём имении селе Андреевском во Владимирской губернии. В имении Воронцова в 1792—1805 существовал крепостной театр, репертуар которого составляли отечественные и переводные комедии и комические оперы. Интересуясь русской историей, Воронцов собрал большую библиотеку русских и иностранных книг, хранил исторические документы, рукописи. В течение всей жизни он поддерживал обширную личную и служебную переписку на русском и французском языках, касавшуюся вопросов политики, экономики и культуры. Кроме того, Воронцов собирал западноевропейскую живопись, гравюры, фарфор, гобелены, скульптуру. В Андреевском создал большую портретную галерею, ныне находящуюся во Владимиро-Суздальском музее-заповеднике. Также владел подаренной ему отцом деревней Мурино С.-Петербургской губернии с водочным заводом. Воронцов сделал Муринское имение своей летней резиденцией, основав вокруг него несколько деревень: Сторожную, Лаврики, Рыбачье и Гражданку (ныне исторический район С.-Петербурга).
С воцарением Александра I (март 1801) Воронцов вновь вернулся на государственную службу: был назначен в Сенат, стал членом Непременного совета. 15.09.1801, в день коронации императора, получил чин действительного тайного советника. Участвовал в преобразовании Сената, создании министерств. 8.09.1802 назначен государственным канцлером, управлял всей дипломатической частью Империи. Вел политику на сближение России с Англией и Австрией, способствовал разрыву отношений с наполеоновской Францией. Однако, по выражению графа П.В. Завадовского, «плуг худо пахал в запряжке старого быка с юными»: быстро обнаружился разлад между «неспособным к новым привычкам стариком», 62-летним Воронцовым, и близкой к 26-летнему императору Александру I «молодой партией». По свидетельству А.А. Чарторыйского, «у императора составилось непоколебимое предубеждение против графа Воронцова, которое возрастало в каждым днем. Его немного устаревшие приёмы, звук голоса, манера говорить нараспев, вплоть до привычных жестов, все в нем было антипатично Александру... император высмеивал своего старого министра, передразнивал его и часто высказывал желание от него отделаться». В феврале 1804 он получил отпуск «на сколько ему угодно» и поселился в Андреевском, формально сохраняя за собой управление дипломатическим ведомством. Скончался в возрасте 64-х лет и похоронен в церкви села Андреевского. За свою деятельность был удостоен всех высших российских орденов: Св. Александра Невского (1781), Св. Владимира 1-й степ. (1782), Св. Апостола Андрея Первозванного (1801, бриллиантовые знаки к ордену — май 1805). Женат не был.
Отличительной чертой характера Воронцова была твёрдость. Это был, по выражению А.Н. Радищева, человек «душесильный», настойчивый в работе и смелый в защите своих убеждений. По свидетельству современников, Воронцов отличался умом, познаниями, феноменальной работоспособностью, необыкновенной памятью; он выражался ясно, точно и не впадал в пустословие. Но, поступая всегда с большим достоинством, он был вместе с тем человеком пылким и страстным в своих убеждениях, нередко увлекаясь своей горячностью, заходил далее, чем следовало бы дипломату. Получив французское образование, пополнив его серьёзным чтением, он до конца жизни писал по-французски гораздо лучше, чем по-русски. Человек неподатливый, тяжелый и методичный, угрюмый и сухой, Воронцов, по словам А.А. Чарторыйского, «был способен на дружбу и доверие, хотя редко кого дарил им. Деликатность и благородство его поступков граничили почти с добродетелью, и хотя эти чувства и не покоились у него на строго определенных убеждениях, тем не менее верно то, что они вытекали из доброго и мягкого сердца. Всегда готовый всем услужить, он судил других с большой снисходительностью». Граф Л.-Ф. де Сегюр писал: «Граф Воронцов, человек способный, но предприимчивый и упрямый, держал себя строго и восставал против роскоши. Он, кажется, хотел бы, чтобы русские пили только мед и одевались бы только в платье домашнего изделия. Потемкин его ненавидел, другие министры боялись. Императрица не слишком любила его, но уважала и почти безусловно предоставила на его волю торговые дела». При Дворе его называли «медведем» и намекали на то, что он действует «для своих прибытков».
