Советский авиаконструктор. Генерал-майор инженерно-авиационной службы, доктор технических наук. Заслуженный деятель науки и техники РСФСР. Родился 4 февраля 1899 года в Саратове.

В 1926 году окончил Академию воздушного флота им. Н. Е. Жуковского. После адъюнктуры стал преподавателем, в 1937 году назначен начальником кафедры. В 1934—1936 возглавлял разработку тяжёлого бомбардировщика ДБ-А («Дальний Бомбардировщик — Академия»), на котором в 1936—1937 годах советскими лётчиками установлены четыре мировых рекорда дальности полёта с грузом. Этот самолёт под номером Н-209 был использован С. А. Леваневским для попытки перелёта в США через Северный Полюс в августе 1937 года. До 1940 года ДБ-А выпускался небольшой серией и использовался в качестве транспортного самолёта.

В 1939 году руководил постройкой оригинального скоростного самолёта-истребителя «С» с двумя соосными винтами, показавшего при лётных испытаниях скорость 570 км/ч. В начале 1940 года участвовал в испытаниях установленного на самолёт прямоточного воздушно-реактивного двигателя. В 1941—1945 годах под руководством Болховитинова конструкторами А. Я. Березняком и А. М. Исаевым был разработан первый советский ракетный истребитель БИ-1 с жидкостным ракетным двигателем. С 1946 года — на преподавательской работе в Военно-воздушной академии имени Н. Е. Жуковского. Автор ряда трудов по авиационной технике.

Награждён двумя орденами Ленина, двумя орденами Красного Знамени, орденами Трудового Красного Знамени, Красной Звезды, медалями.

Умер 29 января 1970 года в Москве. Похоронен на Введенском кладбище.