Basov sinh tại thị trấn Usman, bây giờ ở Lipetsk Oblast. Ông hoàn thành chương trình học tại Voronezh năm 1941, và được gọi đi nghĩa vụ quân sự ở Học viện Quân y Kuibyshev. Năm 1943 ông rời học viện và phục vụ cho quân đội Xô viết tham gia thế chiến II tại mặt trận Ukraina thứ nhất.

Basov tốt nghiệp Học viện Cơ khí Vật lý Moskva (MEPI) năm 1950. Sau đó giữ chức giáo sư tại MEPI và làm việc cùng với Học viện Vật lý Lebedev (LPI), bảo vệ bằng Ứng cử viên Khoa học (tương đương PhD) năm 1953 và công trình nghị luận lấy bằng Tiến sĩ Khoa học năm 1956. Basov là chủ tịch LPI giai đoạn 1973-1988. Ông được chọn làm thành viên thưởng trực của Viện Hàn lâm Khoa học Liên Xô (Viện Hàn lâm Khoa học Nga kể từ năm 1991) năm 1962 và thành thành viên toàn quyền của Viện năm 1966. Năm 1967 ông được chọn làm đoàn chủ tịch của Viện (1967—1990), kể từ năm 1990 ông là hội viên hội đồng đoàn chủ tịch của RAN. Thành viên danh dự của Học viện Khoa học Quốc tế. Ông đứng đầu phòng thí nghiệm lượng tử âm tại LPI cho đến khi mất năm 2001.[1]