Георгий Дмитриевич Карпеченко родился в Вельске в семье землемера, работавшего в Вельском удельном округе. Образование он получил сначала в Вологодской гимназии, затем продолжил обучение в Пермском университете и Московской сельскохозяйственной академии. В академии он начал свою научную деятельность под руководством известного селекционера Сергея Ивановича Жегалова, который сыграл значительную роль в его становлении как учёного.
Русский и советский растениевод, генетик-селекционер С. И. Жегалов. 1915 г.
В 1925 году, после трёхлетней работы на кафедре селекции растений Московской сельскохозяйственной академии, Георгий Дмитриевич получил приглашение от Николая Ивановича Вавилова, ведущего советского генетика и ботаника, переехать в Детское Село (сейчас город Пушкин). Там Карпеченко создал и возглавил лабораторию генетики во Всесоюзном институте прикладной ботаники и новых культур. В настоящее время учреждение известно как Всероссийский институт растениеводства имени Н. И. Вавилова.
Академик Н. И. Вавилов в экспедиции. 1920-е гг.
В конце 1920-х и начале 1930-х годов Георгий Дмитриевич работал в ведущих мировых центрах генетики. В 1927 году он участвовал в Генетическом конгрессе в Берлине, а затем провёл два года в США, стажируясь и набираясь опыта. После возвращения в Советский Союз в 1931 году он основал кафедру генетики растений в Ленинградском университете.
До 1941 года Карпеченко преподавал общий курс генетики в университете, руководил Отделом генетики в институте Вавилова и активно участвовал в научных дискуссиях, выступая против псевдонаучных идей Трофима Денисовича Лысенко и его последователей. Эти противостояния в конечном счёте и привели к его аресту.
Академик Т. Д. Лысенко. 1945 г.
Георгий Дмитриевич Карпеченко внёс большой вклад в науку. Он стал первым учёным, получившим плодовые гибриды растений, принадлежащих к разным родам, что явилось важным теоретическим достижением в области отдалённой гибридизации и существенно расширило представления о генной инженерии цветковых растений. Его работы заложили основу для дальнейших исследований в селекции и генетике растений.
Брошюра. Всесоюзный ордена Ленина и ордена Дружбы народов научно-исследовательский институт растениеводства имени Н. И. Вавилова. 1975 г.
Однако 15 февраля 1941 года Георгий Дмитриевич был арестован по ложным обвинениям в шпионско-вредительской деятельности и в борьбе против «передовых методов научно-исследовательской работы и ценнейших достижений академика Лысенко». Летом того же года на подмосковном полигоне «Коммунарка» Карпеченко был расстрелян по приговору Военной коллегии Верховного суда СССР. В 1956 году он был полностью реабилитирован, а его имя восстановлено в научной и общественной памяти.
Сегодня Георгий Дмитриевич Карпеченко продолжает оставаться важной фигурой как в российской, так и в мировой науке. В Вельске его имя носит одна из улиц, а также установлен памятник в его честь, напоминающий о выдающемся вкладе Георгия Дмитриевича в науку и о трагической судьбе, постигшей многих талантливых учёных того времени.