Syn trzykrotnego uczestnika lotów kosmicznych, Aleksandra Wołkowa. W 1995 ukończył szkołę pilotów wojskowych w Tambowie. 28 lipca 1997 został zakwalifikowany do grupy kandydatów na kosmonautę. Podstawowe szkolenie kosmonauty ukończył w listopadzie 1999.
7 czerwca 2011 wystartował do drugiego lotu w kosmos jako dowódca statku Sojuz TMA-02M w kierunku Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, gdzie pracował w składzie Ekspedycji 28 i 29 jako inżynier pokładowy. Na Ziemię powrócił 22 listopada 2011 Sojuzem TMA-02M.
Trzeci lot kosmiczny odbył w dniach 2 września 2015 – 2 marca 2016. Dowodził statkiem Sojuz TMA-18M. Był w składzie Ekspedycji 45 i 46 na ISS, pełnił funkcję inżyniera pokładowego.