生于圣彼得堡，1986年和1987年连续两年参加中学生国际数学奥林匹克竞赛，均以满分成绩获得金牌。本科就读于圣彼得堡大学，之后留学美国，1996年获得加州理工学院博士学位。曾在美国耶鲁大学、德国波恩马克斯·普朗克数学研究所、美国普林斯顿高等研究院从事研究，1998年前往斯德哥尔摩瑞典皇家技术学院从事研究。2003年到瑞士日内瓦大学任教，现任该校教授。

斯米尔诺夫的研究领域主要是统计物理学。在统计物理学中，不少学者曾猜想：各种二维模型的伸缩极限有一种对称性，即为共形不变的，但一直未得到数学上的证明。斯米尔诺夫最杰出的成就是对三角形格点上的渗流和平面伊辛（Ising）模型的共形不变性给出了严格的证明，其基础是极富有洞察力的组合学论证，他的工作对统计物理学中像卡迪公式这样重要的方法奠定了坚实的基础，并且对各种过程中的伸缩极限的施拉姆一娄威纳（Schramm-Loewner）演化理论全面地加以完善。

由于对数学的贡献，斯米尔诺夫于2001年获得萨兰奖和克莱数学研究奖，2002年获得戴维森奖，2004年获得欧洲数学会奖，2010年获得菲尔兹奖（又译费尔兹奖）。