Представитель старинного аристократического рода Бутурлиных. Родители: капитан лейб-гвардии Измайловского полка Пётр Михайлович Бутурлин и Мария Алексеевна, урождённая княжна Шаховская.Получил домашнее образование и в 1808 году был зачислен корнетом в Ахтырский гусарский полк.
В 1810 году переведён в Кавалергардский полк, а 23 марта 1812 года — в Свиту Его Императорского Величества по квартирмейстерской части в чине подпоручика. Принимал участие в Отечественной войне и заграничных походах русской армии. За отличия в боях был награждён различными российскими и иностранными орденами и 23 октября 1813 года произведён в чин штаб-ротмистра.1 июля 1817 года пожалован во флигель-адъютанты.
В 1823 году в чине полковника принимал участие в Франко-испанской войне. За эту кампанию произведён 1 января 1824 года в генерал-майоры с назначением состоять по кавалерии, а 4 марта был снова причислен к Свите Его Императорского Величества.
В Русско-турецкую войну 1828—1829 служил генерал-квартирмейстером 2-й армии; по окончании войны, 4 января 1830 года уволен в отставку по собственному прошению.Был назначен 14 мая 1833 года в межевой департамент Правительствующего сената с переименованием в чин тайного советника; 6 декабря 1840 года стал членом Государственного совета.Высочайшим указом 24 апреля 1843 года он был назначен директором Императорской публичной библиотеки.
С 1844 года — член Государственного совета. Был награждён 1 января 1845 года орденом Св. Александра Невского, к которому 5 апреля 1849 года ему были пожалованы алмазные знаки.
С 10 января 1847 года — действительный тайный советник.
В 1848 году назначен председателем Комитета для высшего надзора в нравственном и политическом отношении за духом и направлением всех произведений российского книгопечатания (Бутурлинский комитет).Умер 21 октября (2 ноября) 1849 года. Похоронен в церкви Святого Духа Александро-Невской лавры.По характеристике князя П. А. Вяземского, Бутурлин был: Человек умный и с способностями, с большими предубеждениями; сердца, полагаю, довольно жесткого и честолюбия на многое готового, но вообще одаренный тем, что выводить людей везде и всегда. Мало кто имел бы столько прозвищ, как он. Сперва был он Бутурлин-Жомини, потому что стал известен военными сочинениями; там Бутурлин-Трокадеро, потому что находился при главной квартире герцога Ангулемского во время испанской войны; там Бутурлин-доктринер, по сгибу ума его и мнениям, цельным и порешенным однажды навсегда. Под конец прозвали его барынею 17 столетия, по поводу драмы, которую представляли на Александринском театре, и вследствие понятий его отсталых.