Первоначальные уроки живописи получил в Рисовальной школе Общества поощрения художеств (1841–1843). Прошёл курс обучения в Императорской Академии художеств (1843–1850). Ученик К. П. Брюллова и Ф. А. Бруни. Получил награды Академии художеств: малая серебряная медаль (1845), большая серебряная медаль (1849) за картину «Товий исцеляет глаза отцу своему в присутствии архангела Рафаила», малая золотая (1851) за образ «Воскресение Христово», большая золотая медаль (1852) за программу «Ной благословляет детей своих». Звание художника с правом на чин XIV класса (1850)

Пенсионер Академии художеств за границей (преимущественно Рим, 1855–1862). После возвращения в Россию (1862) жил в Санкт-Петербурге.

Звание академика (1863) за образ «Успение Богородицы», который был написан для церкви Русской миссии в Иерусалиме[3].

Член Комиссии для надзора за зданием Исаакиевского собора (1865–1875).

Член Санкт-Петербургского собрания художников.

Исполнял различные заказы по церковной живописи, в частности, шесть плафонов в соборе Петропавловской крепости (1870). Занимался реставрацией.

Основные труды Ксенофонтова были широко представлены в храмах и церквях: в церкви великого князя Николая Николаевича Старшего, в церкви имения Петрово-Соловово в Тамбовской губернии, в церкви лейб-гвардии Гродненского гусарского полка, в соборе Петропавловской крепости, в церкви Николая Чудотворца на Выборгской стороне Петербурга, в церкви села Хилковки Полтавской губернии и др