Происходил из дворянского рода Витебской губернии, внук первого председателя Таврического окружного суда Евстафия Коловрат-Червинского. Окончил Санкт-Петербургский университет (1904). В 1906—1911 гг. сотрудник лаборатории Марии Склодовской-Кюри в Париже: составил под её руководством сводную «Таблицу констант радиоактивных веществ», включавшую все известные радиоактивные элементы, показал (1910), что чистый радий наряду с ?-излучением имеет также более слабое ?-излучение. Занимался исследованием эманирования — выделения радона радийсодержащими твёрдыми веществами. Выполненные во Франции работы легли в основу магистерской диссертации Коловрат-Червинского «О выделении эманации у твердых и расплавленных солей, содержащих радий» (1918). В 1918 г. возглавил радиевое отделение Государственного радиологического института в Петрограде и вошёл в состав специализировавшегося на редких и радиоактивных материалах Первого отдела Комиссии Академии наук по изучению естественных и производительных сил России (КЕПС), работавшего под руководством В. И. Вернадского.
В честь Коловрат-Червинского назван минерал коловратит.
