Из дворян Волынской губернии, младший брат военного министра генерал-адъютанта В.А. Сухомлинова. Окончил 1-й кадетский корпус. 26.8.1866 поступил в Николаевское кавалерийское училище. 16.7.1867 получил звание эстандарт-юнкера. 12.7.1868 окончил училище по 1-му разряду и произведен в корнеты с назначением в лейб-гвардии Уланский полк. 30.8.1872 произведен в поручики. 19.3.1875 командирован в учебный кавалерийский эскадрон. 6.8.1876 окончил курс учебного эскадрона по 1-му разряду и возвратился в полк. 25.9.1876 произведен в штабс-ротмистры за отличие по службе. Участник русско-турецкой войны 1877–1878 гг. 9.9.1877 назначен ординарцем начальника 2-й гвардейской кавалерийской дивизии. 5.3.1878 назначен ординарцем командующего Гвардейским корпусом. 19.4.1878 назначен ординарцем генерал-адъютанта И.В. Гурко. 2.6.1881 произведен в ротмистры (со старшинством с 12.4.1881). 18.10.1883 назначен командующим 6-м эскадроном. 31.1.1884 утвержден командиром эскадрона. 7.3.1888 назначен в постоянный состав Офицерской кавалерийской школы с переименованием в подполковники. 26.3.1888 назначен помощником начальника отдела верховой езды и выездки лошадей Офицерской кавалерийской школы. 23.7.1890 прикомандирован к Николаевскому кавалерийскому училищу. 19.8.1890 назначен командиром эскадрона Николаевского кавалерийского училища. 30.8.1890 произведен в полковники.  21.5.1897 назначен штаб-офицером для особых поручений VI класса при Главном управлении военно-учебных заведений. 24.11.1897 назначен командиром 38-го драгунского Владимирского полка. 3.2.1903 произведен в генерал-майоры за отличие по службе с назначением командиром 1-й бригады 9-й кавалерийской дивизии. 7.1.1909 назначен командующим 9-й кавалерийской дивизией. 6.12.1909 произведен в генерал-лейтенанты с утверждением начальником дивизии. 4.9.1911 назначен оренбургским губернатором и наказным атаманом Оренбургского казачьего войска. 22.11.1913 зачислен в войсковое сословие по Оренбургскому казачьего войска по пос. Павловскому Павловской станицы. 24.5.1915 назначен Степным генерал-губернатором, командующим войсками Омского военного округа и наказным атаманом Сибирского казачьего войска. 10.4.1916 произведен в генералы от кавалерии за отличие по службе. 31.3.1917 уволен со службы по расстроенному здоровью с мундиром и пенсией. Проживал в Киеве. Арестован и расстрелян большевиками (по другой версии скончался от тифа). Почетный казак Сакмарской, Оренбургской Разсыпной и Наваринской станиц Оренбургского казачьего войска (22.1.1912). Почетный казак Воздвиженской, Звериноголовской, Ключевской, Кундравинской станиц и Ключевского поселения Оренбургского казачьего войска (6.5.1913). Почетный казак Богуславской станицы Оренбургского казачьего войска (6.9.1916).

Жена: дочь тайного советника Зинаида Александровна (урожденная Крузе). Дети: Владимир (р. 20.6.1882),  Георгий (р. 13.2.1890).