Народився на хуторі Тимківщина біля Золотоноші (тепер с. Богуславець Черкаської області).
У 1819 закінчив Новгород-Сіверську гімназію.
1823 р. закінчив Московський університет (словесний і природничий відділи філософського факультету, згодом ще й медичний). Залишився при університеті для науково-академічної праці, викладав ботаніку.
1833 р. одержав учений ступінь доктора й був іменований ординарним професором на кафедрі ботаніки Московського університету.
1834 р. у відкритому тоді Київському університеті Максимович дістав професуру російської словесності й був обраний першим ректором університету (до кінця 1835 р.).
Через поганий стан здоров'я пішов 1845 р. у відставку й решту життя присвятив винятково науково-літературній діяльності, яку провадив на своєму хуторі Михайлова Гора біля с. Прохорівки Золотоніського повіту, де й помер.
Максимович не раз намагався повернутися до активної науково-академічної діяльності, однак російське міністерство освіти, побоюючись українофільських поглядів Максимовича, усувало його від науково-академічної діяльності. Живучи в Україні, Максимович підтримував тісні творчі й особисті зв'язки з Т.Шевченком, П.Гулаком-Артемовським, Є.Гребінкою, М.Костомаровим, М.Щепкіним, А.Міцкевичем та ін. визначними діячами науки й культури. Незважаючи на великий науковий авторитет (Максимович був почесним членом кількох українських та російських університетів і багатьох наукових товариств), лише під кінець життя (1871 р.) його обрано членом-кореспондентом Російської Академії Наук з відділу російської мови та словесності. Доробок
Максимович був справжнім ученим-енциклопедистом, і то дуже широкого діапазону — від ботаніки до історії. Його наукові праці в царині природознавства, опубліковані у 1820-х рр. — на початку 1830-х рр., не лише стояли на рівні тогочасної науки, але й прокладали для неї методологічні шляхи.
Як фольклорист Максимович видав 1827 р. у Москві «Малороссийские песни», 1834 р. — «Украинские народные песни» (третя збірка «Сборник украинских песен», ч.1 вийшла вже в Києві 1849 р.). Передмова Максимовича до видання 1827 р. була «свого роду літературним маніфестом, повним ентузіазму до народної української поезії» (Д.Дорошенко). Фольклорні видання Максимовича мали величезний вплив на українську фольклористику (також у Галичині). Вони викликали інтерес до українського фольклору не лише серед інших слов'янських народів (зокрема, росіян, поляків, чехів), а навіть в Англії й Америці.
Як мовознавець Максимович опублікував низку статей про класифікацію слов'янських мов (1838, 1845 і 1850), у яких широко користувався даними з української мови. У дискусії з М.Погодіним і П.Лавровським М. обстоював «старобытность» української мови. Максимович був автором етимологічного правопису «максимовчівки». Як літературознавець Максимович вивчав «Слово о полку Ігоревім», яке переклав українською мовою. Йому належить видання і дослідження найдавніших літературних пам'яток Київської Русі — "Руської Правди", "Повісті минулих літ". Був автором праці «История древней русской словесности» (1839 р.), про козацькі літописи, зокрема Грабянки тощо. Крім того, Максимович перекладав псалми українською мовою та написав низку віршів, у тому числі «Ой, як дуже за тобою тужила Вкраїна», присвячений Т.Шевченкові.
В історичних (як і в фольклорно-етнографічних) творах Максимович був прихильником панівного тоді романтизму та ідеї народності. Він обстоював генетичний зв'язок між княжою та козацько-гетьманською добами в історії України, яким він присвятив багато розвідок, статей, критичних заміток про джерела, літературу тощо. У статті «О мнимом запустении Украины» (1857 р.) та «Письмах» до М.Погодіна, Максимович довів безпідставність його гіпотези про «великоруське» населення Київщини за княжої доби. Численні праці Максимовича з історії княжої України, Києва та його пам'яток (зокрема, «Очерк Киева», 1847; «Письма о Киеве к М.Погодину», 1871 та ін.), з історії козаччини, гетьманщини й гайдамаччини (розвідки про гетьмана П.Сагайдачного, «История письма о казаках приднепровских», 1863—1865), «Письма о Б.Хмельницком», 1859, «Бубновская сотня», 1848—1849, про Гайдамаччину й Коліївщину тощо, мали особливе значення для дальшого розвитку української історіографії. В 1840 і 1841 у Києві та в 1850 у Москві видав історичний альманах "Киевлянин".
Максимович працював також у царині української археології та був автором першої в Україні археологічної праці з застосуванням типологічного методу («Украинские стрелы древнейших времен», 1868).
Наукові праці Максимовича в галузі природознавства («Про системи рослинного царства», 1827; «Основи ботаніки», тт. 1-2, 1828-31; «Роздуми про природу», 1831) дають підстави вважати вченого одним з основоположників вітчизняної ботаніки.