生于伊尔库斯克市，卒于莫斯科。童年长期生活在托木斯克。1918年，16岁的卡莫夫从伊尔库茨克商业学校毕业，以第二名的成绩考入托木斯克工学院机械系，1923年毕业，获得物理工程学位。在大学期间的一次放假回家路上，他看到缴获的英国造木制飞机，令他十分好奇。从此他立志将来从事航空事业，即使不能参加飞行，也要设计飞机。在大学学习期间，他参加了学校的航空小组，受到航空的启蒙教育。大约在大学三年级，他开始独立进行空气动力学和材料研究。毕业后，他独自来到了莫斯科，进入一家飞机制造厂，用了3年时间学完飞机设计制造的全过程。

1927年，卡莫夫被邀请到格里戈罗维奇（Дмитрий Павлович Григорович，1883～1938）设计局工作，在那里结识了刚刚从基辅技术学校毕业的斯克尔任斯基（N.K.Skrzhinskii）。两人合作设计了苏联第一架旋翼机，以两人的名字取名“卡斯科尔”。在此期间，他还结识了另一个前来实习的年轻人米里（Михаи́л Лео́нтьевич Миль，1909～1970）。在没有任何资料可以借鉴的情况下，他们发挥自己的聪明才智，完成了第一架旋翼机的设计制造。1929年9月25日，“卡斯科尔”进行了首次试飞，改进后飞行时间提高到2分15秒。1931年，卡莫夫来到中央流体动力研究院，继续从事旋翼机研制，1934年为苏联海军研制了A-7旋翼机，1937年研制了改进的A-7比斯旋翼机。这种旋翼机在卫国战争期间，获得了一定的应用，主要用于侦察，投撒传单、药品和弹药任务。

1940年3月21日，苏联政府根据旋翼机发展情况，决定成立旋翼机厂，任命卡莫夫为总设计师、厂长。几年的旋翼机研究工作，也为直升机设计打下了基础。

由于直升机的兴起，老式旋翼机失去竞争力，所以，研制工作没有开展起来。1943年旋翼机厂宣布解散，1945年卡莫夫转入共轴双旋翼直升机的研制工作，1947年研制成功卡-8。卡-8的出色表现使苏联部长会议下令组建专门的试验设计局。1948年，独立的卡莫夫设计局成立。从此，卡莫夫开始集中精力研制共轴式直升机。1949年9月卡-10直升机问世，它生产了16架，用于边境巡逻等任务。

1952年，卡莫夫设计局又研制了卡-15直升机。这是一种反潜直升机，得到了批量生产。1956年，卡莫夫在卡-15基础上又发展了卡-18直升机。这两种直升机在世界上最早采用玻璃旋翼。共轴直升机结构紧凑，外形尺寸小，便于舰载，适于海军使用。卡莫夫在直升机领域开创了与主旋翼加尾桨平行的共轴直升机模式，取得了丰富的经验。

20世纪60年代，卡莫夫领导设计局研制成功卡-25，其起飞重量7.5吨，携带吊放式声呐、磁异探测器、反潜鱼雷或深水炸弹，这是苏联相当成功的反潜直升机。卡- 25大量投产，成为海军舰载反潜直升机的主力机种。与此同时，卡莫夫又为苏联经济部门研制了低成本多用途直升机卡-26。该直升机装上客舱能够运客；装上农用设备，可以进行农药、化肥喷洒作业；装上专用平台，可以运货。

卡莫夫领导研制的最后一种直升机是卡-27。它是卡-25的现代化改型，载重量提高了2倍，效率提高5倍。卡-27成为俄罗斯海军主要的舰载反潜直升机机种。它的各方面性能都大大超过了卡-25，生产量为276架，广泛用于反潜、反舰、巡逻，还向不少国家出口。卡-27的民用型卡-32于1973年12月24日试飞成功。可惜卡莫夫未能看到它的试飞，他已于一个月前逝世。

卡莫夫逝世后，他的学生和助手谢尔盖·维克多维奇·米哈耶夫继任总设计师。他继承了卡莫夫的传统，继续领导设计局发展自己的技术优势——共轴双旋翼直升机技术，并把这种独特的直升机系列不断向前推进。与此同时，又大胆吸取西方的先进技术为发展自己所用。苏联解体后，卡莫夫设计局与另一家直升机企业米里设计局合并，新公司仍称为卡莫夫设计局。2007年，公司改称俄罗斯直升机公司。该公司设计制造的一系列共轴式武装直升机享有很高的声誉。

卡莫夫也获得了许多荣誉，包括苏联国家奖章等。