Из дворянского рода Сухотиных. Пасынок дочери Л. Н. Толстого Татьяны Сухотиной-Толстой, в детстве и юности много бывал в Ясной Поляне и общался с Толстым.
В 1911 окончил Александровский лицей, поступил в МИД, работал в центральном аппарате министерства, в дипломатических представительствах России в Черногории, Франции, Италии. После Октябрьской революции вернулся в Россию, жил в Туле, работал в советских учреждениях. В 1921 переехал в Москву, работал заведующим подотделом обработки прессы отдела печати НКИД (в его обязанности входило готовить обзоры иностранной печати). В 1922 поступил в Московский институт востоковедения. В феврале 1923 уволился из НКИД, зарабатывал переводами.
В 1925 окончил институт по специальности «язык урду», изучил также арабский и бенгальский языки. Преподавал там же урду до 1928, написал статьи о бенгальском языке и бенгальской литературе для «Литературной энциклопедии». В 1926 поступил в аспирантуру РАНИОН по специальности «лингвистика» (научный руководитель Н. Ф. Яковлев), окончив её в 1929. Затем научный сотрудник и секретарь Лингвистической комиссии Коммунистического университета трудящихся Востока, ответственный секретарь серии сборников ВЦКНА «Культура и письменность Востока».
В 1931—1933 старший научный сотрудник НИЯЗа. Познакомился там с группой молодых лингвистов (П. С. Кузнецов, Р. И. Аванесов, В. Н. Сидоров, А. А. Реформатский), вместе с которыми основал Московскую фонологическую школу.
С 1933 профессор кафедры русского языка в Московском городском педагогическом институте.
Входил в состав Орфографической комиссии АН СССР. Вместе со своим учителем Н. Ф. Яковлевым занимался проблемами разработки новых национальных письменностей. Впервые применил термин «практическая транскрипция» в статье «Передача иностранных географических названий» в книге «Вопросы географии и картографии» (М., 1935).
Автор ряда трудов по общему, славянскому, индоиранскому и тюркскому языкознанию. По предложению Р. О. Шор перевёл на русский язык «Курс общей лингвистики» Фердинанда де Соссюра (1933) и книгу Эдварда Сепира «Язык». Переработал и отредактировал перевод Д. Н. Кудрявского книги А. Мейе «Введение в сравнительное изучение индоевропейских языков».
В октябре 1941 во время паники покинул Москву и оказался в Кирове, где получил путёвку в Ульяновский пединститут. Умер от инсульта по дороге на лекцию.
