Выпускник мехмата МГУ 1941 года. Участник Великой Отечественной войны в 1941—1944. C 1949 сотрудник Институт физики Земли. В 1951—1957 учёный секретарь астрономического совета АН СССР. С 1974 руководитель группы происхождения и эволюции Земли и планет.
Основные труды — в области космогонии планет, разработки модели формирования планет из газопылевого облака. Сафронову принадлежит формулировка и решение уравнений коагуляции частиц в допланетные небесные тела с учётом их дробления. Согласно модели Сафронова, время формирования Земли — 10 лет, при этом центральные слои Земли сформировались относительно холодными (до 1000 К), а нагретые до температуры плавления слои были сосредоточены в верхних её слоях.
Лауреат советской премии имени О. Ю. Шмидта (1974) и американской Премии Койпера (1990). Именем Сафронова названа малая планета 3615 (1983).
Работа Сафронова подробно обсуждалась в документальном фильме Би-би-си: Планеты.