W latach 1921–1924 studiował na Uniwersytecie Leningradzkim na fakultecie archeologii i historii sztuki. Po ukończeniu studiów został młodszym asystentem Instytutu Archeologii. W 1929 roku kierował ekspedycją na Niżnym Donie. W latach 1934–1936 odkrył lokalizację znanego z przekazów źródłowych miasta Sarkieł. W 1934 roku dostał tytuł kandydata nauk historycznych (artykuł Совместные погребения в курганах со скорченными и окрашенными костяками). W 1935 roku został profesorem. 25 czerwca 1941 roku obronił dysertację doktorską na temat Scytów.
W 1937 roku kierował sektorem Europy przedfeudalnej w Instytucie Historii Kultury Materialnej Akademii Nauk ZSRR. W 1939 roku został dyrektorem AN ZSRR po zwolnieniu Iosifa Orbelego. W 1940 roku wstąpił do KPZR. Za kadencji Artamonowa na stanowisku dyrektora AN ZSRR zostały zapoczątkowane wydawnictwa periodyczne: Krótkie wiadomości IHKM (Instytutu Historii Kultury Materialnej) (Краткие сообщения ИИМК), Materiały i badania z archeologii ZSRR (Материалы и исследования по археологии СССР), Archeologia Sowiecka (Советская археология).