Старший из братьев, Василий, начал службу юнкером в морской артиллерии в 1854 году, после окончания Ришельевской гимназии. В 1855 году, во время Крымской войны, он был отправлен с транспортом пороха в Севастополь, а прибыв туда, остался в рядах защитников города. Получив назначение на должность помощника командира батареи, он защищал Малахов курган. За проявленные мужество и героизм Василий Иванович Колчак был награжден Знаком отличия Военного ордена. В бою на Малаховом кургане 2 августа он получил контузию и ранение в руку и был захвачен французами в плен. Вернувшись в Россию, Василий Колчак окончил курсы в Институте корпуса горных инженеров и для прохождения практики отправился на уральские горные заводы. По возвращении в Петербург Колчак был назначен членом комиссии приемщиков морских артиллерийских орудий и снарядов на Обуховском оружейном заводе. Даже после выхода в отставку в 1893 году в чине генерал-майора он продолжал работать на Обуховском заводе заведующим сталепусканговой мастерской. Василий Иванович Колчак оставил после себя немало работ, посвященных истории металлургии в России и металлургическому производству. Кроме того, им были опубликованы воспоминания о Севастопольской обороне 1853—1855 годов.
Василий Иванович Колчак был женат на Ольге Ильиничне Посоховой, происходящей из дворян Херсонской губернии. У них было трое детей – две дочери, Екатерина и Любовь (умерла в детстве), и сын Александр, будущий русский адмирал флота.
Александр Васильевич Колчак родился 16 ноября 1874 года в Петербурге. Будущий «верховный правитель России» рос, как он впоследствии писал сам, «в чисто военной семье». Родственники по линии как отца, так и матери были военными, посему даже среда, окружавшая Александра Колчака в детстве, была исключительно военной.
В 1888 году он уже числился в списках кадетов Морского корпуса. Его фамилия всегда была в списке первых воспитанников корпуса по успеваемости, и в 1893 году он был назначен фельдфебелем младшей роты. Еще в ходе учебы Александр вместе с отцом часто посещал Обуховский завод, что дало ему возможность на практике усваивать теоретические знания по артиллерийскому и минному делу.
Морской корпус Александр окончил весной 1894 года вторым в списке и осенью того же года был произведен в мичманы. Первую офицерскую практику он прошел на должности вахтенного начальника броненосца «Рюрик». На следующий год Колчак перевелся на Тихий океан вахтенным начальником «Крейсера». Плавание на «Крейсере» стало первым серьезным походом Колчака. В свободное время он занимался научными работами по океанографии и гидрологии. В 20-м выпуске «Записок по гидрографии», вышедших в Санкт-Петербурге в 1899 году, им были опубликованы «Наблюдения над поверхностными температурами и удельными весами морской воды…», где описывались холодные течения у берегов Кореи.
По возвращении в 1899 году в Петербург лейтенант Колчак узнал о готовящейся Русской полярной экспедиции под руководством барона Э.В. Толля и добился своего включения в состав ее участников. В ходе экспедиции он проводил гидрологические и ряд других исследований, результаты которых систематически сообщал в Академию наук. В 1901 году он вместе с Толлем совершил экспедицию на полуостров Челюскин. За 41 день в сильную пургу экспедиция прошла 500 верст. Колчак вел маршрутную съемку и магнитные наблюдения.
В следующем году Колчаку пришлось принять участие уже в другой экспедиции. Стало известно, что санная экспедиция под руководством Толля отправилась к острову Беннетта и пропала. Александр Васильевич получил официальное приглашение возглавить спасательную экспедицию, и он дал согласие. Колчак отправился в Мезень, где нанял матросов, а затем на вельботе отплыл на спасение Толля и его товарищей. В течение 42 дней продолжались поиски. На спасательной шлюпке люди пробивались через прибрежные арктические льды. Колчаку удалось найти то, что осталось от экспедиции – документы и гидрологические коллекции. Сам Толль и другие участники экспедиции погибли. За свое полярное путешествие Колчак был награжден орденом Св. Владимира 4-й степени. Русское гидрографическое общество наградило его большой Константиновской золотой медалью – исключительной наградой, которую до него имели лишь Н.А. Норденшельд и Ф. Нансен. В 1906 году Русское географическое общество избрало Колчака своим действительным членом.
С началом русско-японской войны Александр Васильевич отправляется на тихоокеанскую эскадру в штабе адмирала С.О. Макарова в Порт-Артуре. Здесь он получил назначение на должность вахтенного начальника на крейсер «Аскольд», в апреле был переведен на минный транспорт «Амур», а затем стал командиром эсминца «Сердитый». Под командованием лейтенанта Колчака эсминец осуществлял нападения на корабли японской эскадры, а поставленная им минная банка стала причиной гибели японского крейсера «Такасого». Вместе с Макаровым Колчак участвовал в подготовке прорыва блокады Порт-Артура и в разработке планов нападения на транспортные суда японцев в Желтом море и на Тихом океане.