Родился 3(15) марта 1890 года в Санкт-Петербурге.
Математик, спортсмен (альпинизм).
Мастер альпинизма (1934).
Окончил Киевский университет (1913).
После окончания университета — доцент Киевского политехнического института, затем профессор Ленинградского (1922-35) и Московского университетов — 1935-42. С 1942 года — заведующий отделом алгебры Математического института Академии наук СССР (АН СССР).
Один из основоположников советского альпинизма. В 1925 году первым из советских альпинистов совершил восхождения в районе Теберды, «открыв» этот район для альпинизма. Всего совершил 125 восхождений (до 1948 года). Разработал классификацию маршрутов на вершины по пяти категориям трудности (1935).
Член-корреспондент АН СССР (1929). Член Германской академии исследователей природы «Леопольдина» (1962).
Автор путеводителя «Вершины Западного Кавказа» (1938).
Лауреат премии имени Е.С. Федорова АН СССР (1959) и Международной премии имени Н.И. Лобачевского (1977).
Награжден орденами Ленина (1953), Трудового Красного Знамени (1945, 1980), медалями.
Его именем названы пик и перевал на Катунском хребте Горного Алтая.
Отец — математик Н.Б. Делоне, брат — генетик Л.Н. Делоне, сын — физик Н.Б. Делоне, внук — поэт и правозащитник В.Н. Делоне.
Скончался 17 августа 1980 года в Москве. Похоронен на Хованском кладбище в Москве.