Учился в ИАХ (1894–1897 и 1905–1909) у Л.Н. Бенуа, посещал класс офорта В.В. Матэ. В 1909–1910 пенсионер АХ в Греции, Италии, Египте. В 1898–1905 работал в русле модерна, сотрудничал с Л.Н. Кекушевым и Ф.О. Шехтелем (интерьеры МХТ, 1902). Организатор Выставки архитектуры и художественной промышленности нового стиля (1902–1903) и Музея Старого Петербурга (1907), соавтор «Истории русского искусства» под редакцией И.Э. Грабаря. Архитектор, педагог, историк архитектуры; ведущий представитель петербургской неоклассики и советского монументального классицизма. Автор проектов застройки о. Голодай (1912), Тучкова буяна (1913), курорта Ласпи, Крым (1916). Академик архитектуры (1915), член «Мира искусства». В 1920-е разработал концепции «красной дорики» (конкурсные проекты Дворца рабочих Нарвского района, крематория в Петрограде, оба 1919) и «пролетарской классики» (Дом общества «Динамо», 1928–1931, совм. с А.Я. Лангманом; новый корпус Моссовета, 1930, совм. с В.К. Олтаржевским). Автор ансамбля зданий Политехнического института им. М.В. Фрунзе в Иваново-Вознесенске (1927–1937), санатория «Ударник» в Железноводске (1927–1929), проекта здания Наркомтяжпрома в Москве (1934), станций метро в Москве «Красные Ворота» (подземный зал, 1934–1935) и «Площадь Свердлова» (завершено Л.М. Поляковым в 1937), здания СМ УССР в Киеве (завершено П.В. Абросимовым в 1938). Преподавал в Петроградских ГСХМ – ЛВХТИ (1918–1929, 1934–1935), с 1933 возглавил школу-мастерскую при Моссовете. Среди учеников: А.И. Гегелло, Л.В. Руднев, Н.А. Троцкий, Э.Е. Шталберг и др. Сын – архитектор Игорь Фомин, дочь – художница Ираида Фомина. Работы хранятся в Государственном музее архитектуры им. А.В. Щусева, НИМ РАХ и др.