Рзвестният български историк, археолог, палеонтолог и спелеолог Рафаил Попов е роден на 14 август 1876 г. във Велико Търново в семейството на свещеник. През 1901 г. завършва „Естествени науки“ в Софийския университет, като започва да проучва пещерите още по време на студентските си години.

Докато е учител в Шуменското мъжко педагогическо училище (1901-1909) активно изследва района около Мадара, Шумен и Търново. През 1902 г. основава едно от първите български археологически дружества, полага началото на експозицията на местния археологически музей (1904 г.) и става негов уредник. Министерството на просветата му възлага задачата да изследва прочутия скален барелеф на Мадарския конник. През 1905 г. прави своето най-важно откритие – Чаталарската омуртагова колона, за което е награден с орден „За гражданска заслуга“ от княз Фердинанд и похвално писмо от министър на народната просвета проф. Иван Шишманов.

По-късно получава покана от проф. Богдан Филов да започне научна работа като командирован учител в Народния музей в София. В периода от 1909 до 1911 г. е командирован в Берлин на специализация по праистория, палеонтология и геология, като по това време работи в Кралския етноложки музей и посещава редица музеи в Европа, за да се запознае отблизо с работата и развитието на научната дейност там.

След завръщането си в България обособява Праисторически отдел към Царския природонаучен музей и до 1929 г. е и негов уредник. През Балканската война  е привикан в главната квартира на войските в Лозенград, за да помогне на проф. Филов за запазването на ценни старинни паметници от Източна Тракия. През 1913 г. под негово ръководство в Археологическия музей е извършена и първата обработка „химическо препариране“ на музейни експонати. По време на Междусъюзническата война e във II армия, но поради заболяване го връщат обратно в София в IV военнополева болница. След оздравяването си остава да служи като санитар в нея.Участник във Военно-разузнавателната мисия на български учени в Одринска Тракия.

Секретар и действителен член на Българския археологически институт (1920-1940), член на институти и дружества във Виена, Кан, Берлин и Будапеща, както и почетен член на археологическите дружества в Шуменския край. Доцент и професор в Софийския университет (1925-1928), директор на Народния музей в София (1929-1938) и основател на Българското пещерно дружество (1929). Участва в изграждането на народни исторически паркове около бележити български исторически места като Абоба-Плиска, Преслав, Мадара. През годините прави големи дарения от личните си колекции, артефакти и вкаменелости на Царския музей (днес Национален природонаучен музей). Той е сред основателите на Софийското пещерно дружество (1937). През същата година е избран също така за дописен член на Българската академия на науките.

Умира на 15 август 1940 г. в София.