Après des études dramatiques au Studio du théâtre de Sverdlovsk, des prestations à Novosibirsk et Talim, il paraît au cinéma dans le rôle-titre d'Andrei Roublev (A. Tarkovski, 1966), où il frappe par l'intensité de sa présence physique et la profondeur de son intériorité spirituelle. Il n'est pas moins saisissant dans le rôle du commissaire politique de Pas de gué dans le feu (G. Panfilov, 1968) et dans des uvres moins marquantes comme Aimer les hommes (S. Guérassimov, 1972) et Ami chez les ennemis, ennemi chez les siens (N. Mikhalkov, 1974). À nouveau sous la direction de Tarkovski, il joue dans Solaris (1972), puis incarne avec vigueur le personnage de l'écrivain tourmenté de Stalker (1979). Il a également donné des prestations remarquables dans l'Ascension (L. Chepitko, 1976, rôle de l'inquiétant collaborateur des nazis), le Tournant (V. Abdrachitov, 1978), 26 Jours de la vie de Dostoïevski (A. Zarkhi, 1980, rôle-titre), De la vie des estivants (N. Goubenko, id.) et Le train s'est arrêté (Abdrachitov, 1982). Sa mort prématurée a été une perte considérable pour le cinéma soviétique.
