Происхождение и образование 
 Родился в дворянской семье немецкого происхождения. Отец Александр Иванович Фонвизин (1749-1819). Брат известного писателя Дениса Ивановича Фонвизина. Получил домашнее образование, которое продолжил в немецком Училище св. Петра в Санкт-Петербурге, затем — в пансионе при Московском университете, по окончании которого слушал лекции в том же университете и много читал, в том числе произведения Монтескье, Рейналя и Руссо. 
Военная карьера
 Фонвизин участвовал во всех военных походах, включая сражение под Аустерлицем, русско-шведскую войну 1808-1809 гг., во время которой был назначен адъютантом к генералу Ермолову. Он вернулся на родину в чине полковника и в должности командира егерского полк. Принимал участие в отечественной войне 1812 года.
Участие в восстании декабристов
 Осенью 1816 года по совету И. Д. Якушкина вступил в первую декабристскую организацию «Союз спасения». С 1818 года был одним из руководителей Московской управы Союза благоденствия. Был одним из инициаторов и руководителей Московского съезда 1821 года. Участвовал в подготовке к восстанию в Москве в декабре 1825 года. Готовил программу и устав Северного тайного общества. Высказывался за освобождение крестьян с минимальным земельным наделом. Выдвигал идеи общинного социализма. 
Арест, ссылка в Сибирь
 Арестован в своём имении Крюково 9 января 1826 года по приказу от 3 января 1826 года. 
Осуждён по IV разряду, приговорён в каторжную работу сроком на 12 лет. 22 августа 1826 года срок был сокращён до 8 лет. Отправлен из Петропавловской крепости в Сибирь 21 января 1827 года. 
 Молодая жена, Наталья Дмитриевна Апухтина, впоследствии последовала за мужем в Сибирь, оставив двоих маленьких сыновей, Михаила и Дмитрия, на попечении родственников. За первые шесть лет в Сибири у Натальи Дмитриевны родились два мертвых младенца, Иван и Богдан.
Возвращение из ссылки 
 13 февраля 1853 года Фонвизину было разрешено вернуться на родину и жить в имении брата Марьино Бронницкого уезда Московской губернии с учреждением строжайшего полицейского надзора и воспрещением въезда в Москву и Санкт-Петербург. 15 апреля 1853 года выехал из Тобольска и 11 мая прибыл в Москву. 12 мая отправлен с жандармом в Марьино. Умер 30 апреля 1854 года в Марьине, похоронен в Бронницах у городского собора.