Родился 18 (30) декабря 1830 года в Тамбовской губернии в семье князя Владимира Ивановича Гагарина (1806-60) и его жены Екатерины Васильевны, урожд. Сабуровой (1810-68). Образование получил в Императорском училище правоведения. В конце 1848 года был исключён из III класса училища и направлен служить на Кавказ при следующих обстоятельствах:
…Два старших воспитанника III класса князь Гагарин и «польский уроженец» Беликович, рассуждая в кафе-ресторане Лерха за обедом в компании пяти товарищей о деле Петрашевского, «позволили себе высказать довольно резкие суждения по поводу отношения к нему правительства». Далее у одного из воспитанников училища были найдены какие‑то вольнодумные записки. За крамолу юноши были исключены из училища и сосланы. Князя Гагарина направили служить на Кавказ, в пехотный полк, а Беликовича - в Оренбургский край, где в 1853 году он погиб.
- Конисская Л. М. Чайковский в Петербурге.
Тогдашний директор училища правоведения кн. Н. С. Голицын в своих воспоминаниях раскрывает подробности этой истории, которая, по его словам, произошла не в 1848, а в конце зимы 1848/49 учебного года. По утверждению Н. Эйдельмана, арест и ссылка студентов стала отзвуком борьбы за влияние двух спецслужб: «Кружок петрашевцев был раскрыт благодаря усердию агентуры министерства внутренних дел, Орлов же и Дубельт получили сведения лишь за три дня до арестов. Николай I был недоволен ротозейством III отделения… Желая проявить усердие, Дубельт взялся за училище правоведения и буквально вытряс доносы на двух студентов - Беликовича и Гагарина, - после чего Беликовича отдали в солдаты (где он и погиб), Гагарина отправили юнкером в армию, а директору влепили „строгий выговор с занесением в формуляр“. …Только эта быстрая полицейская мера помогла Дубельту удержаться на своем посту начальника III отделения».
Гагарин 19 (31) марта 1849 года подпрапорщиком поступил на службу в Московский пехотный полк. 1 (13) июня того же года переведён в Рязанский пехотный полк и 10 (22) августа 1850 года в пехотный генерал-фельдмаршала князя Варшавского графа Паскевича-Эриванского полк. 28 мая (9 июня) 1852 года прикомандирован к резервному батальону Самурского пехотного полка.
За отличие в делах против горцев 17 (29) июля 1852 года при урочище Каргул-Канух, 27 октября (8 ноября) 1852 года произведён в прапорщики. 27 апреля (9 мая) 1853 года назначен полковым адъютантом. За отличие в деле 28 марта (9 апреля) 1854 при ауле Урхарарахе 5 (17) июля того же года произведён в поручики. 12 (24) июля 1858 года назначен исполняющим должность адъютанта при начальнике главного штаба Кавказской армии.
За отличие в делах против горцев произведён в поручики 19 (31) января 1859. За отличие в деле 25 августа (6 сентября) 1859 при взятии аула Гуниб - последней твердыни имама Шамиля - князь Гагарин 15 (27) сентября того же года был произведён в штабс-капитаны и 28 февраля (11 марта) 1860 года награждён орденом святого Станислава 3-й степени с мечами и бантом.
6 (18) октября 1860 года назначен исполняющим должность адъютанта при главнокомандующем Кавказской армией. За отличие в делах против горцев 9 (21) октября 1861 года произведён в капитаны. 19 (31) декабря того же года назначен адъютантом при военном министре.
19 апреля (1 мая) 1864 года в чине капитана переведён в лейб-гвардейский Преображенский полк. 18 (30) августа 1873 года назначен чиновником особых поручений 5 класса при военном министре. С 9 марта того же года - член комиссии при военном министре для приёма просьб и распределения пособий.
1 (13) января 1874 года произведён в генерал-майоры. 16 (28) декабря 1878 года назначен чиновником особых поручений 4 класса при военном министре. 15 (27) сентября 1881 года назначен членом общего присутствия временной комиссии для окончания дел и счетов действующей армии.
28 января (9 февраля) 1886 года произведён в генерал-лейтенанты с увольнением со службы с мундиром и пенсией. Скончался в том же году. Его жена Анна Павловна (1825-1919), дочь генерал-майора П. В. Попова, дожила до Октябрьской революции и умерла в глубокой старости. Их дочь Елена вышла замуж за своего троюродного брата Александра Васильевича Попова, острожского уездного предводителя дворянства.