Узнал о марксизме от Варданяна и Сталина, который был у него репетитором по русскому языку. В 1901 году вступил в РСДРП, два года исполнял технические поручения и получил имя «Камо». Руководил молодёжной группой при Тифлисском комитете партии. В 1903 году вошёл в союзный кавказский комитет РСДРП.
С 1901 года распространял нелегальную литературу в Тбилиси, Баку, Батуми, Кутаиси, Гори и других городах, был организатором подпольных типографий. В ноябре 1903 года был арестован, а в сентябре 1904 года бежал из тюрьмы.
В 1905 году, во время первой революции, участвовал в организации боевых рабочих дружин. Во время вооруженных столкновений рабочих с войсками в декабре 1905 года в Тбилиси возглавлял отряд рабочих боевиков, получил в бою с казаками 5 ранений. Был арестован и заключен в Метехский замок, подвергнут пыткам, но сумел бежать. Участвовал в организации побега 32 заключённых из Метехского замка.
В марте 1906 года выехал в Петербург, где впервые встретился с В. И. Лениным. В 1906 году по заданию боевой группы при ЦК РСДРП побывал в Петербурге, Финляндии, Швеции, Германии; работал с председателем комиссии ЦК по закупке оружия М. М. Литвиновым. Участвовал в доставке в Россию закупленного большевиками за границей оружия, однако корабль с ним из Болгарии затонул по пути. В 1907 году под именем князя Дадиани ездил в Финляндию, был у Ленина и вернулся с оружием и взрывчатыми веществами в Тифлис. Чтобы обеспечить партию денежными средствами, в 1905–1907 годы организовал несколько экспроприаций денег у царской казны.
После поражения первой русской революции уехал в Берлин. По наводке провокатора немецкая полиция провела 9 ноября 1907 года обыск на берлинской квартире Камо, где было найдено большое количество оружия, а также чемодан с двойным дном, заполненным взрывчаткой, и литература революционного содержания. Камо был арестован. По результатам обследования, проведенного немецкими врачами после его ареста, в Моабитской тюрьме, его признали душевнобольным. Он симулировал сумасшествие и нечувствительность к боли, хотя его проверяли очень серьезно и много раз. В конце 1909 года как неизлечимый больной был выдан России, доставлен в Тифлис и помещен в тюрьму, а затем в больницу.
В августе 1911 года бежал из Тифлисской психиатрической больницы, где находился под охраной, и добрался до Парижа.
По поручению Ленина наладил транспортировку в Россию партийной литературы. Из Парижа поехал в Константинополь, а оттуда в Болгарию. При попытке вернуться на Кавказ был арестован турецкими властями, но сумел добиться освобождения, назвавшись турецким агентом. Вернувшись в Россию, предпринял в 1912 году попытку устроить экспроприацию денежной почты на Коджорском шоссе. Ограбление не удалось, Камо был ранен, арестован и опять помещён в Метехский замок. Приговорён к смертной казни по каждому из четырёх инкриминируемых дел. Прокурор суда Голицынский, симпатизировавший Камо, затянул посылку приговора на утверждение, дотянув до объявления амнистии по случаю трёхсотлетия дома Романовых. Приговор Камо был заменён двадцатилетней каторгой. С 1915 года отбывал заключение в Харьковской тюрьме.
В марте 1917 года, после Февральской революции, был освобожден. Уехал в Москву, затем в Петроград. В декабре 1917 года по поручению Степана Шаумяна был направлен из Баку в Петроград с письмом к В. И. Ленину и 8 января 1918 года привез в Тбилиси письма Ленина и постановление СНК РСФСР о назначении Шаумяна временным чрезвычайным комиссаром Кавказа. Работал в Бакинском совете и ЧК.
Летом 1919 года Ленин поручил Камо организовать партизанский отряд для действий в тылу у Деникина. Камо создал партизанский отряд, действовавший под Курском и Орлом, а потом в тылу войск генерала Деникина на Южном фронте. Камо через Астрахань на рыбачьей лодке по морю доставил в Баку оружие и деньги для подпольной партийной организации и партизан Северного Кавказа.
В январе 1920 года был арестован в Тбилиси меньшевистским правительством и выслан. В апреле участвовал в подготовке вооруженного восстания за власть Советов в Баку. В мае приехал в Москву, учился в академии Генштаба.
В 1921 году работал в системе Внешторга. С начала 1922 года работал в Наркомфине Грузии.
13 июля в 11 часов вечера Камо ехал на велосипеде по Верийскому спуску Тифлиса, где попал под встречный грузовой автомобиль. С тяжёлой черепно-мозговой травмой, в бессознательном состоянии он был доставлен самим водителем грузовика в ближайшую Михайловскую больницу, где скончался через несколько часов 14 июля 1922 года.
Награждён орденом Красного Знамени Грузинской ССР.
Город Нор-Баязет (Армения) переименован в 1959 году в Камо в честь армянского революционера-большевика. С 1996 года это город Гавар.