Estudió con el químico Dmitri Ivánovich Mendeléyev, creador de la tabla periódica de los elementos. En 1889, con veintiséis años se marchó a Charlottenburg, en Alemania, para continuar sus estudios y donde se interesó por el análisis espectral y la fotografía. Entró en contacto con Adolph Mieth, continuador de los trabajos de Hermann Wilhelm Vogel sobre el ortocromatismo. Más tarde continuaría su formación en París con Edme Jules Maumené, uno de los impulsores de la fotografía que había publicado ya algunos escritos relevantes sobre química fotográfica.
De vuelta a Rusia se incorporó a la Sociedad Imperial Tecnológica y hacia 1897 desarrolló la impartición de diversos cursos sobre fotografía. Con motivo de la guerra ruso japonesa de 1904, viajó a Corea donde realizó diversas series de fotografías en blanco y negro. A partir de aquello momento se puso a desarrollar un sistema de placas sensibles al color y, hacia 1905, comenzó a hacer sus primeras fotos en “color natural”. Estas imágenes sólo podían ser contempladas mediante la proyección de las mismas. A raíz de aquellos estimulantes hallazgos, Prokudin-Gorski escribió un informe sobre el tema que llevó a la asamblea de la Sección Fotográfica de la Sociedad Tecnológica Imperial y una de cuyas consecuencias fue que resultara nombrado presidente de esa Sección Fotográfica e ingresase como miembro de honor en la Sociedad Fotográfica Imperial. En 1906 se haría cargo de la publicación mensual Fotograf Liubitel, una publicación mensual de fotografía.
Prokudin-Gorski veía la fotografía como una oficio para la que era necesaria una adecuada formación. Escribió:
“Desde el punto de vista artístico, la fotografía empezó a perder, pero ganó considerablemente en otro tipo de respeto, quizá más valioso: el de extenderse entre las masas”. Ya en 1904 había pergeñado un gran proyecto educativo para mostrar a los escolares, mediante la fotografía en color, todas las bellezas del imperio ruso, sus gentes y sus paisajes.