В 1811 г. вступил в военную службу колонновожатым.
Участвовал в Отечественной войны 1812 г. и заграничных походах. В Бородинской битве на батарее Раевского получил ранение.
В начале 1813 г. вернулся в войска (Дрезден).
В 1820 г. в чине подполковника вышел в отставку по состоянию здоровья.
Состоял членом преддекабристской организации "Священная артель", Союза спасения (1817) и Союза благоденствия (член Коренного совета).
М.Н. Муравьёв-Виленский один из авторов его устава, участник Московского съезда 1821 г.
Узнав о восстании декабристов (4 декабря 1825), выехал из своего имения в Смоленской губернии в Москву, где его арестовали.
В июне 1826 г. Высочайшем повелением освобожден с оправдательным аттестатом.
В 1827 г. причислен к министерству внутренних дел.
С 15 сентября 1828 г. — статский советник, могилевский гражданский губернатор.
С 5 января 1830 г. — действительный статский советник.
В 1830-1831 гг. во время польского восстания состоял при главнокомандующем Резервной армией графе П. А. Толстом.
С 9 августа 1831 г. — гродненский гражданский губернатор.
18 декабря 1832 г. произведён в генерал-майоры.
С 12 января 1835 г. по 12 мая 1839 г. исполнял обязанности Курского военного и гражданского губернатора.
В годы его правления в Курске стала выходить газета "Курские губернские ведомости" с неофициальным приложением "Губернская газета", в которой печаталось множество историко-краеведческих статей.
С 24 ноября 1856 г. — генерал от инфантерии, председатель Департамента уделов.
С 17 апреля 1857 г. — министр государственных имуществ, виленский, гродненский, ковенский и минский генерал-губернатор, командующим войсками Виленского военного округа.
С 1 мая 1863 г. — главный начальник Витебской и Могилевской губерний.
17 апреля 1865 г. возведен с потомством в графское достоинство.
Скончался в Петербурге. Похоронен на Лазаревском кладбище Александро-Невской лавры.
Награды: орден Св. Владимира II ст., орден Св. Анны I ст., орден Св. Владимира IV ст., орден Св. Анны II ст.
18 октября 2023 г. в г. Калининград, у здания Инженерно-технического института БФУ имени И. Канта, открыли памятник М.Н. Муравьёву-Виленскому. Памятник — точная копия несохранившегося памятника, установленного в Вильно в 1898 г.
Ист.: ГАРФ, ф. 48, оп. 1, д. 189.