Советский химик, акад. АН СССР (с 1923). Родился в с. Ивановцы (ныне Днепропетровской обл.). Окончил Петербургский горный институт (1878). В 1878—1880 учился в Петербургском университете у А. М. Бутлерова и Д. И. Менделеева. Совершенствовал свое образование в Страсбургском университете (1880—1881). В 1881 — 1907 работал в Петербургском ун-те (с 1886—проф.), одновременно в 1903—1905 директор Петербургского горного института. В 1907—1908 директор Горного департамента министерства торговли и промышленности, в 1908—1915 товарищ министра. В 1915—1918 проф. Петроградского технол. института, в 1918—1922 Горного института и университета в Екатеринославле, в 1922 президент Главный палаты мер и весов и проф. Петроградского (Ленинградского) технол. института.
Основные исследования относятся к хим. термодинамике и кинетике. Открыл (1881 —1884) законы, устанавливающие зависимость относительного состава компонентов в газовой и жидкой фазах растворов от давления пара и температуры кипения двойных жидких систем (законы Коновалова). Создал (1886) основы теории перегонки жидких смесей. Развил (1900) представления о критическом состоянии в системах жидкость — жидкость, указав обл. гомогенности и расслоения. Результаты этих исследований легли в основу многих разделов теории хим. технологии — учения о тепло- и массо- передаче, ректификации, смешении, диффузионных процессах в системах жидкость — жидкость и т. д. Эксперим. обосновал (1886—1900) идеи о хим. природе растворов. Детально исследовал гетерогенные каталитические процессы, впервые ввел (1885) понятие активной поверхности, имеющее важное значение в теории гетерогенного катализа, и указал на роль хим. взаимодействия реагентов с катализатором при активации молекул. Сформулировал (1886—1888) представления об автокатализе и на год ранее В. Ф. Оствальда вывел (1887) формулу для определения скорости автокаталитических реакций (уравнение Оствальда — Коновалова), не утратившую значения до сих пор. Президент Русского физико-хим. общества (1923—1924 и 1927—1928).