Племянник героя Отечественной войны 1812 года П. И. Багратиона и сын тифлисского генерал-губернатора Р. И. Багратиона, родился 24 сентября 1818 года. Получив всестороннее домашнее образование, Багратион поступил 26 ноября 1831 года в школу гвардейских подпрапорщиков и кавалерийских юнкеров, из которой выпущен 11 декабря 1835 года юнкером в лейб-гвардии конно-пионерный эскадрон.
1 сентября 1837 года произведён в прапорщики, а 16 июня 1840 года — в чин подпоручика; 30 декабря того же года назначен адъютантом к исправляющему должность начальника инженеров гвардейского корпуса, и 11 октября 1842 года получил следующий чин.
Обратив на себя внимание изучением артиллерийских и инженерных наук и трудами по гальванической части, князь Багратион удостоился 3 ноября 1843 года за свои труды ордена св. Станислава 3-й степени, а 9 мая 1844 года — Высочайшего благоволения за очистку кронштадтской гавани от льда гальваническим способом; затем в октябре того же года командирован на шесть месяцев к инженер-генералу Витовтову в Германию, Францию и Англию изучать под его руководством применение гальванизма к инженерному делу.
Состоя с 19 июня 1845 года адъютантом герцога Максимилиана Лейхтенбергского, князь Багратион сопровождал его за границу и, находясь при нём, награждён чинами штабс-капитана, капитана и полковника, а также орденами высших степеней: шведским — св. Олафа (в 1849 году), португальским — Христа (в 1850 году), неаполитанским — св. Франциска, гессенским — Филиппа Великодушного и баденским — Церингенского льва (все в 1852 году).
Удостоенный 23 октября 1852 года звания флигель-адъютанта и прикомандированный к лейб-гвардии конно-гренадерскому полку для испытания фронтовой службы, Багратион окончил с большим успехом возложенные на него в 1853 и 1854 годах поручения по приёму рекрут в Тульской и Харьковской губерниях; отличное же состояние дивизиона конно-гренадер, вверенного его командованию на манёврах и учениях в присутствии императора Николая І, доставило князю неоднократные Его Величества благоволения, — 9 сентября 1854 года князь Багратион назначен исправляющим должность коменданта Императорской главной квартиры, причём принял и начальство над отправленным в Варшаву собственным Его Императорского Величества конвоем, а в следующем 1855 году, временно командирован в Воронежскую губернию для усмирения волнений среди местных крестьян. Поручение это князь Багратион выполнил с полным успехом.
За благоустройство командуемых им частей, князь Багратион удостоился в 1856 году Высочайших благоволений в бытность императора Александра II в Варшаве, а также и в Москве, во время коронования Их Величеств; 15 августа того же года награждён орденом св. Станислава 2-й степени, а 26 числа того же месяца назначен командиром собственного Его Императорского Величества конвоя.
Зачисленный в 1857 году в лейб-гвардии Кавказский эскадрон, князь Багратион снова удостоился неоднократных Высочайших благоволений за смотры и учения в присутствии государя. 30 августа 1858 года князь Багратион получил орден св. Анны 2-й степени и произведён в генерал-майоры (со старшинством от 6 декабря того же года), с зачислением в свиту Его Величества.
В 1859 и 1861 годах на князя возложены оконченные им с большим успехом поручения: в Курскую губернию по призыву отпускных нижних чинов на укомплектование войск, приводимых в военное положение, и в Пермскую — по применению крестьянской реформы. 30 августа 1861 года он получил орден св. Владимира 3-й степени, 29 октября — Высочайшую признательность за успех последнего поручения, 30 августа 1862 года — орден св. Станислава 1-й степени и знак отличия за введение в действие положения о крестьянах, вышедших из крепостной зависимости.
