Родился 3 июля 1926 в д.Кирилловка Московской области. Участник Великой Отечественной войны 1941–1945. В действующей армии был рядовым, командиром отделения, взвода, офицером разведки. Награжден орденами и медалями. Служил в армии до 1952. Первое произведение Богомолова – опубликованная в журнале «Знамя» повесть «Иван» (1957) сразу принесла автору известность. Трагическая история мальчика-разведчика, погибающего от рук немецких захватчиков, рассказана с глубокой эмоциональностью, но без патетики. Несовпадение точек зрения автора и героя-рассказчика, старшего лейтенанта Гальцева, создает в повести сложную и неоднозначную смысловую перспективу. С одной стороны, гибель Ивана – жестокая и непоправимая потеря, с другой – движущая Иваном жажда мести показана как глубокая недетская страсть, как доминанта его личности. В известной мере Иван взрослее, чем Гальцев (отсюда и непривычная для литературного канона полная форма имени персонажа: погибая, Иван уносит с собой неразгаданную тайну, ощущение которой возникает с первых строк повести.

К Ивану (как и ко всей последующей военной прозе Богомолова) решительно неприменима категория «героизма» – речь здесь скорее идет о чувстве профессионального долга, определяющем поведение персонажей. Труд разведчиков показан детализированно, причем автор не бравирует своей компетентностью и знанием материала, а применяет это знание для достижения необходимого художественного результата. Военная терминология используется как остраняющая лексика, позволяющая преодолеть автоматизм восприятия и создать эффект читательского присутствия в описываемой ситуации. В этом сказалась плодотворная ориентация автора на повествовательную и стилистическую традицию Л.Толстого. Повесть «Иван» переведена более чем на сорок языков, опубликована более двухсот раз. На ее основе режиссером А.Тарковским создан фильм «Иваново детство» (1962).

В повести «Зося» (1963) показаны отношения между юным русским офицером и польской девушкой. Финал повести исполнен элегической грусти, мотив несбывшейся любви приобретает философское звучание: в жизни героя «не состоялось что-то очень важное, большое и неповторимое...» Таким же настроением проникнуты короткие рассказы Богомолова о войне: «Первая любовь» (1958), «Кладбище под Белостоком» , «Сердца моего боль» (1963). В 1963 писателем также создано несколько предельно лаконичных рассказов на бытовые темы: «Второй сорт» , Кругом люди» , «Сосед по палате» , «Участковый» , «Сосед по квартире» , примечательных умением автора обрисовать характер минимальными средствами.

В 1973 Богомолов закончил работу над романом «Момент истины» («В августе сорок четвертого...» ) (первая публикация в журнале «Новый мир», 1974). Основная фабульная пружина произведения – история о том, как оперативно-розыскная группа контрразведчиков обезвреживаетгруппу немецких агентов-парашютистов. Драматическая напряженность повествования и параллельный монтаж нескольких сюжетных линий сообщают роману чрезвычайную занимательность. Сюжетная архитектоника «Момента истины» включает в себя предыстории главных героев Алехина, Таманцева и Блинова, описание работы командных структур вплоть до Ставки, взаимоотношения армии и мирного населения Западной Белоруссии и Литвы. Повествовательная техника автора отличается гибкостью и разнообразием: рассказ ведется голосами разных героев, в ткань сюжета внедрены военно-служебные документы, несущие и познавательную, и экспрессивную нагрузку. Финал романа – успешное завершение операции – сопровождается безошибочно рассчитанным катартическим эффектом. Важную роль в романе играет «многоязычие»: индивидуальные речевые характеристики повествователей, немецкие и польские вкрапления, официально-деловой стиль, профессиональный жаргон разведчиков («момент истины», «прокачать», «бутафорить», «волкодав»). Речевая динамика поддерживает и усиливает динамику сюжетную. В ситуации размывания жанровых форм и границ «Момент истины» предстает как уникальный пример классического романного построения, гармонично сочетающего традиционность с острой современностью художественного мышления, черты занимательного триллера с глубиной нравственно-психологического конфликта.

Авторское отношение к изображаемому в «Моменте истины» не сбивается ни на морализаторство, ни на сиюминутные политические оценки. Это, в частности, относится и к описанию высшего командования, и к портрету Сталина (глава "В ставке ВГК"): автор предоставляет читателю возможность самостоятельно сделать итоговые выводы. Показателен отзыв К.М.Симонова: «Это роман не о контрразведке. Это роман о советской государственной и военной машине сорок четвертого года и типичных людях того времени». Роман переведен более чем на тридцать языков и выдержал более ста изданий.

Действие повести «В кригере» («Новый мир», 1993, № 8) происходит первой послевоенной осенью на Дальнем Востоке: разместившаяся в «кригере» (вагон для перевозки раненых) оперативная группа отдела кадров раздает вернувшимся с фронта офицерам безрадостные направления в отдаленные гарнизоны. Под колесо военно-бюрократической машины попадает и герой-рассказчик, одновременно изображается колоритная офицерская среда. Повесть отмечена широким эпическим размахом, свидетельствует о неисчерпанности разрабатываемых автором тематических пластов, о возможности качественно нового взгляда на военную и послевоенную реальность.

Творчество Богомолова соприкасалось с разными литературными традициями: эпическим реализмом Л.Толстого, пластичностью образных описаний И.Бунина. В последние годы писатель работал над публицистической книгой «Срам имут и живые, и мертвые, и Россия..» , где вел полемику с новейшими сочинениями о Великой Отечественной войне.

Умер 30 декабря 2003 в Москве.