Родился в семье дворян; он был племянником известного археолога Андрея Лихачёва. Получив золотую медаль, он окончил Казанскую гимназию, после чего поступил на историко-филологический факультет Казанского университета. После окончания университета в 1884 году он был оставлен там для подготовки к профессорскому званию по кафедре русской истории. Он также провел исследования родословной дворянского рода Адашевых, который был уничтожен опричным террором.
С 1892 года он начал преподавать в Петербургском археологическом институте, где он учредил кафедру дипломатики. В 1894 году он стал членом Археографической комиссии. В период с 1902 по 1914 годы, он занимал должность помощника директора Императорской публичной библиотеки.
С 1907 года он был назначен статским советником. В период с 1914 по 1917 годы он занимал должность члена Совета министров народного просвещения. Он был одним из основателей черносотенного движения, и 16 января 1901 года он присутствовал на учредительном собрании старейшего монархического объединения России, известного как "Русское собрание", вместе с такими людьми, как Алексей Суворин, Константин Грот, Никодим Кондаков и другие.
Автор более 200 научных работ, посвященных изучению русского иконописания, истории дворянского родословия, государственных учреждений и приказного делопроизводства в России XV—XVII веков. Он также разработал новые методы исследования вспомогательных исторических дисциплин, таких как дипломатика, палеография, сфрагистика и другие. Его уникальная коллекция икон была передана в собственность Русскому музею императора Александра III.
Биография лица включает награды орденом святого Владимира 3-й и 4-й степени, орденом святого Станислава 1-й степени, а также крестом кавалеров Святого Гроба Господня и другие высокие награды.
После 1917 года остался в России и смог сохранить свои коллекции, которые оказались под угрозой уничтожения во время революции. В дальнейшем он присоединил свою коллекцию в качестве палеографического кабинета к Петроградскому археологическому институту. С 1919 по 1929 годы он работал в Государственной академии истории материальной культуры. В 1925 году он был избран действительным членом АН СССР по отделению исторических наук и филологии, а также назначен директором Музея палеографии АН СССР, который был создан из палеографического кабинета.
В 1930 году Лихачев был заключен под стражу по обвинению в участии в контрреволюционной организации. Он был признан одним из создателей группы, которая выступала за свержение советской власти и установление конституционно-монархического строя. Лихачев не признал себя виновным, но был приговорен к 5 годам ссылки в Астрахань по постановлению Коллегии ОГПУ. Его коллекции были изъяты и переданы в различные музеи и библиотеки, такие как Государственный Эрмитаж, Русский музей и Библиотека Академии Наук.
В 1933 году Лихачев, который был тяжело больным, получил разрешение вернуться в Ленинград, но не был принят на работу в Институт даже на должность рядового сотрудника. Он оказался в положении иждивенца своей дочери и много месяцев не получал хлебной карточки. Кроме того, он не имел прав на пенсию, так как был привлекавшимся по статье 58.
С декабря 1935 года его недуг связал его к кровати. Он ушел из жизни 14 апреля 1936 года от осложнений после ампутации ноги. Его похоронили на Смоленском православном кладбище в Санкт-Петербурге.
20 июля 1967 года он был реабилитирован, а постановлением Президиума Академии Наук СССР от 5 апреля 1968 года был восстановлен в своих правах.
