Российский театральный деятель, либреттист, художник по костюмам. Директор Императорских театров, директор Государственного Эрмитажа.
Окончил Императорский санкт‑петербургский университет (ныне Санкт‑Петербургский государственный университет) по восточному разряду филологического факультета.
С 1856 года служил в Азиатском департаменте Министерства иностранных дел Российской империи. Работал в дипломатических представительствах в Гааге и Париже. В 1876 году назначен чиновником особых поручений при российском посольстве в Париже.
В 1881–1899 годах — директор Императорских театров. С 1881 по 1886 год возглавлял как московские, так и петербургские театры, с 1886 года — только Императорские театры Санкт‑Петербурга (ныне — Мариинский театр и Александринский театр). Провёл масштабную реформу театральной системы: ввёл систему контрактов, увеличил оклады артистам, усилил состав оркестра и хора, открыл оперный класс для хористов, отменил существовавшие ограничения на участие русских артистов в балетных спектаклях. Организовал выпуск «Ежегодника Императорских театров».
Выступил либреттистом и художественным инициатором балетов П. И. Чайковского «Спящая красавица» и «Щелкунчик», его оперы «Иоланта». По его предложению П. И. Чайковский написал музыку к опере «Пиковая дама» по мотивам повести А. С. Пушкина. Автор более двадцати либретто и около тысячи эскизов костюмов и декораций к спектаклям. Сотрудничал с балетмейстером Мариуса Петипа.
С 1899 года до конца жизни был директором Императорского Эрмитажа (ныне Государственный Эрмитаж).
Деятельность Всеволожского определила художественный облик Императорской сцены конца XIX века. Он последовательно утверждал высокие эстетические требования к постановке спектаклей, расширял участие российских композиторов и художников в работе над репертуаром. Инициированные им реформы значительно повлияли на развитие оперы и балета в России.