Григорий Николаевич Потанин родился 4 октября 1835 г. в поселке Ямышевский (ныне Павлодарская область, Казахстан) на берегу Иртыша, в семье казачьего офицера. В 10 лет мальчика отдали учиться в Омский кадетский корпус. В 1852 г. он окончил корпус и в чине хорунжего участвовал в походе казачьего отряда в Заилийский край и закладке крепости Верный (ныне Алма-Ата).
После этого Потанину удалось побывать в Китае и на Алтае. Вернувшись в Омск, серьезно увлекся историей Сибири – начал разбирать архив правления области сибирских киргизов. Здесь же познакомился с географом и путешественником Петром Семёновым, будущим Тян-Шанским. По просьбе Семёнова был отчислен из казачьего войска и направлен в Петербург на учебу.
В университет, на естественное отделение физико-математического факультета, он поступил в 24 года, однако проучился лишь два курса: начались студенческие волнения, университет закрыли, и Потанин остался не у дел. Выручил всё тот же Семёнов, рекомендовавший бывшего студента в экспедицию Карла Струве для определения географических координат российских пограничных пунктов. Экспедицией были обследованы берега озера Зайсан-Нор, гора Сарытау, впадина озера Маркаколь, хребет Тарбагатай. В своей первой экспедиции он собирал гербарий, данные о быте казахов на летних кочевках, материалы по фольклору и вместе со Струве написал большой отчет о путешествии, напечатанный Географическим обществом.
По окончании экспедиции Г. Н. Потанин некоторое время был переводчиком с татарского языка при генерал-губернаторе в Омске. В 1865 г. назначен секретарем губернского статистического комитета в Томске, преподавал в мужской и женской гимназиях города, сотрудничал в «Томских губернских ведомостях». Вскоре стал активным членом кружка «Сибирские патриоты», на заседаниях которого ставились и обсуждались вопросы о необходимых для Сибири реформах, об открытии в Сибири университета…
Это вызвало арест членов кружка, причем их обвинили в сибирском сепаратизме, в стремлении отделить Сибирь от России. Обвиняемых увезли в Омск, где они, находясь под следствием, провели три года в тюрьме. Потанин, принявший на себя главную вину в организации кружка, был присужден к каторге и был отправлен в крепость Свеаборг (Финляндия), где находился до ноября 1871 г., а затем провел три года в ссылке в Тотьме и Никольске Вологодской губернии. Здесь, в Никольске, он женится на А. В. Лаврской, сестре своего товарища.
Александра Викторовна стала для Г. Н. Потанина не просто верной подругой, но и настоящей соратницей. Она внесла вклад не только в жизнь Григория Николаевича, но и в исследование Монголии. Участвовала в экспедициях на равных со своим мужем. Самое
главное – в будущем она стала первой женщиной в Русском географическом обществе, самостоятельным исследователем, этнографом, фольклористкой и писательницей.
В 1874 г. Русское географическое общество ходатайствовало перед государем о помиловании Г. Н. Потанина. После помилования он перебрался в Петербург, где наконец-то смог заняться научной работой и подготовкой к первому походу в Монголию. Поход длился два года, было собрано множество важных сведений о Монгольском Алтае, Джунгарской Гоби, восточном Тянь-Шане. Кроме ботанических, зоологических, геологических коллекций и материалов маршрутной съемки, экспедиция доставила сведения о русской торговле в этой части Монголии и путях сообщения.
Летом 1879 г. в эту же область Монголии Г. Н. Потаниным была совершена вторая экспедиция. Дневники двух экспедиций Потанина составили четыре тома «Очерков Северо-Западной Монголии» (1881–1883). Помимо дневников, списков флоры и фауны, в них приводятся обширные этнографические материалы о тюркских и монгольских племенах, их быте, религии и фольклоре.
В 1884 г. Географическое общество отправило Потанина в его первую китайскую экспедицию. Экспедиции поручалось дополнить работу Н. М. Пржевальского. Экспедиция изучила северные регионы Китая, а затем и восточные склоны Тибета. Отчет Потанина составил два больших тома: первый содержит дневники наблюдений и очерки посещенных стран и народов со снимками местности, зданий и населения. Во втором помещены наречия нескольких монгольских племен, живущих в Наньшане и на окраине Тибета, а также сказки, легенды и предания разных народов.
В 1886 г. Русское географическое общество наградило Потанина Константиновской медалью – своей высшей наградой, а Александр III пожаловал пожизненную пенсию.
Вскоре последовала новая экспедиция в восточные окраины Тибета и китайскую провинцию Сычуань. Она была самой трудной и трагичной. В пути заболела Александра Викторовна: её сразил инсульт. Григорий Николаевич решил прервать экспедицию и повернуть на Пекин. Александра Викторовна умерла в пути, в лодке, когда экспедиция спускалась вниз по Янцзы. Огромный путь до Пекина, потом до Урги (Улан-Батор) и до русской границы несли её тело. И только в Кяхте предали земле.
Несколько лет Г. Н. Потанин не допускал мысли о новой экспедиции. И лишь в 1899 г. отправился в последнее путешествие. Он обследовал область хребта Большой Хинган – малоизвестную, с множеством «белых пятен», лежащую между Маньчжурией и Монголией.
Последние годы Потанин прожил в Томске. Там он занимался научной и общественной деятельностью, преподавал в университете, открыл Высшие женские курсы, писал публицистические работы, был инициатором создания Общества по изучению Сибири. Здесь застал Февральскую и Октябрьскую революции и даже делегировался членом Учредительного собрания.
Умер Григорий Николаевич 30 июня 1920 г. на 85-м году жизни. В университетской роще Томска стоит бюст одному из самых известных его жителей. В его честь названы один из хребтов Няньшаня и ледник на севере Монгольского Алтая.