Член партии с 1903 г., член ЦК в 1917— 1918 гг. и в 1924— 1937 гг. (кандидат в 1912— 1917 гг., 1919— 1920 гг. и с 1922 г.), член Политбюро ЦК в октябре 1917 г., член Оргбюро ЦК 02.06.24 — 26.01.34 гг., секретарь ЦК 30.04.— 18.12.25 г. (кандидат в члены Секретариата 01.01.26— 26.06.30 гг.).
Из семьи купца. Студентом Моск. с.-х. ин-та в 1903 вступил в РСДРП, большевик. В Рев-цию 1905-07 член Иваново-Вознесенского, Московского комитетов, Московского областного бюро РСДРП; делегат 4-го (1906) и 5-го (1907) съездов партии. Подвергался арестам, был в ссылке. На 6-й (Пражской) Всерос. конф. РСДРП (1912) заочно намечен канд. для кооптации в ЦК. В 1913 чл. редакции большевист. газ. "Правда".
В конце 1916 арестован, в феврале 1917 сослан в Сибирь, но на этапе освобожден Февральской революцией. С 17 марта вёл революционную работу в Самаре, Иваново-Вознесенске, Москве. 14 апреля один из пред. парт. конференции орг-ции Ив.-Вознесенска, Кинешмы, Гусь-Хрустального, Шуи и Владимира; избран дел. 7-й (Апрельской) Всерос. конф. РСДРП(б). Дел. 1-й Моск. обл. парт. конференции (19 апреля); по предложению Бубнова в резолюцию "Об отношении к Врем. пр-ву" включено требование контроля Советов над деятельностью Врем. пр-ва и его местных органов: избран чл. Моск. обл. бюро РСДРГКб). С апр. член исполкома Моск. Совета РД. На 7-й (Апрельской) парт. конф. зачитал резолюцию, предложенную Моск. обл. парт. конференцией: выступил с оценкой момента, предлагая "немедленно поднять знамя гражд. войны, свергнуть Врем. пр-во, осуществить нашу диктатуру" ["7-я (Апр.) конференция РСДРП(б)", с. 96] Вёл парт.-сов. орг. и пропагандист. работу на севере Центр. пром. р-на (Кинешма, Ив.-Вознесенск и др.). 4 июля, после получения известий о вооруж. демонстрации в Петрограде, на совещании МК РСДРП(б) с представителями райкомов партии совм. с А. Ломовым (Г.И. Оппоковым) и И.Н. Стуковым внёс предложение о необходимости немедленного захвата почты, телеграфа и др. учреждений в Москве, к-рое было отклонено. Дел. 6-го съезда РСДРП(б) (26 июля - 3 авг.); избран чл. ЦК и узкого состава ЦК В авг- окт. руководил редакцией газ. "Солдат"- органа Воен. орг-ции при ЦК партии. С авг. представитель ЦК в ПК РСДРП(б). с сент. член исполкома Петрогр. Совета РСД. Накануне выступления ген. Л.Г. Корнилова московские большевики пошли на блок с меньшевиками и эсерами для "отпора контррев-ции", не определив условий сотрудничества. ЦК РСДРП(б) 14 авг. направил Бубнов в Москву для расследования этого факта. Бубнов созвал заседание МК РСДРП(б), к-рое осудило заключённое соглашение. В докладе на заседании ПК РСДРП(б) 27 авг. подчеркнул опасность, нависшую над Петроградом в связи с корниловским выступлением: по предложению Бубнова все парт. орг-ции были приведены в боевую готовность, началось вооружение рабочих, в воинские части направлены представители большевиков.
На заседании ЦК РСДРП(б) 10 окт. избран чл. Полит, бюро ЦК 11-13 окт. дел. съезда Советов Сев. области. 15 окт. на заседании ЦК РСДРП(б) изложил план конкретных мер парт. орг-ции по непосредств, подготовке восстания. На заседании ЦК партии 16 окт. избран чл. Воен.-рев. центра по рук-ву восстанием. Вошёл в Петрогр. ВРК 24 окт. руководил захватом ж.-д. вокзалов и станций Петрогр. ж.-д. узла. 25 окт. по поручению ЦК возглавил общее рук-во полевым штабом Петрогр. ВРК. Дел. 2-го Всерос. съезда Советов РСД, избран чл. ВЦИК В дни выступления А.Ф. Керенского - П.Н. Краснова как комиссар ВРК Петрогр. ж.-д. узла установил красногв. контроль над всеми вокзалами, воспрепятствовал забастовке, планировавшейся Викжелем. 5 нояб. назначен комиссаром жел. дорог Республики. 16 нояб. направлен на Юг России и Украину для оказания помощи в " установлении Сов. власти. 26-30 нояб. один из руководителей обороны Ростова-на-Дону от войск атамана А.М. Каледина. С 10 дек. чл. коллегии Нарком-пути и комиссар жел. дорог на Юге Республики.
В нач. 1918 по вопросу о заключении мира с Германией входил в группу "левых коммунистов": подписал "Заявление в ЦК группы его членов и нар. комиссаров", поданное в ЦК партии 22 февр., в к-ром заключение мира объявлялось "капитуляцией передового отрада междунар. пролетариата перед междунар. буржуазией" ["Протоколы ЦК РСДРП(б)", с. 209] На 7-м (Экстренном) съезде РКП(б) (март) продолжал выступать против Брестского мира, отстаивал необходимость ведения рев. войны; зачитал "Заявление в ЦК", поданное 22 февраля.
В марте - апр. 1918 нар. секр. (нарком) хоз. дел Украины, в апр- июле чл. Бюро по рук-ву повстанч. борьбой в тылу врага, в июне - сент. пред. Всеукр. центр. ВРК. Дел. 1-го съезда КП(б)У (июль), избран чл. ЦК. С окт. один из руководителей парт. подполья на Украине, затем на политработе в Кр. Армии.
С 1922 на партийной и государственной работе. Один из первых историков большевист. партии. 1 августа 1938 приговорён Воен. коллегией Верх. суда СССР к расстрелу. Реабилитирован в 1956.