Русский и американский учёный-геолог, палеонтолог, исследователь Сибири и Севера.

Родился 13 (25) апреля 1872 года в Иркутске. В 1893—1897 годах учился на физико-математическом факультете Санкт-петербургского университета, получил дипломом первой степени. В 1897—1899 годах работал в Геологическом кабинете Юрьевского университета.

Стажировался по петрографии у Ф. Циркеля в Лейпциге (1896), и по палеонтологии у К. Циттеля в Мюнхене (1899).

С 1899 года хранитель в Геологическом музее Императорской Академии наук в Санкт-Петербурге.

Выезжал во многие экспедиции: Кузнецкий Алатау (1898), руководитель Хатангской (1905), Чукотской (1909—1910) и Семиреченской (1914—1916) экспедиций, исследователь Северного Кавказа, Кольского полуострова, Семипалатинской области и Енисейской губернии (1917).

В 1913 году участвовал в 12 сессии Международного геологического конгресса в Канаде. В 1916 году избран директором Высших географических курсов. В 1920 году переехал в Иркутск, Кяхту, затем во Владивосток. Вице-директор Геологического комитета Дальнего Востока (ГКДВ).

В 1922 году переехал по приглашению в Питтсбурге, работал учёным-хранителем Музея Карнеги, и профессором геологии и палеонтологии Питтсбургского университета. Скончался 17 января 1950 года на ферме Зосенти (Cheswick, Pennsylvania, штат Пенсильвания).

Первая супруга: Толмачёва-Карпинская, Евгения Александровна (1874—1963).

Александр Иннокентьевич Толмачев - сын от первого брака.