Tento vynikající ruský chemik se narodil 8.2.1834 v Tobolsku(nyní Tjumeňská oblast)  rodině gymnazijního ředitele a učitele ruské literatury Ivana Pavloviče Mendělejeva a Marie Dmitrijevny Kornilevové, která pocházela ze sibiřské obchodní rodiny. Jeho otec záhy ztratil zrak, odešel do penze a zanedlouho zemřel. Matka, která se rázem musela starat o všechny děti a dům sama, se rozhodla, že by její nejmladší (a údajně nejmilejší) dítě mělo mít určité povolání. A nejlepší možnosti se, podle jejího mínění, nacházely v Moskvě, kde žil i Mendělejuv bohatý strýc.

Roku 1850 se přihlásil na Fakultu fyziky a matematiky při Hlavním pedagogickém institutu v Saint Petersburgu, kde v roce 1855 promoval s oslnivým výsledkem. Po ukončení studií se v letech 1855-86 zabýval vztahy mezi krystalovými soustavami a chemickým složením látek. Kromě teoretického výzkumu bylo jedním z jeho hlavních zájmů, použití vědy v průmyslu a ekonomii. Roku 1859-60 pracoval na Heidelberské univerzitě, kde spolupracoval s Robertem W. Bunsenem. Roku 1860 zavedl Mendělejev pojem kritické teploty a v témže roce také navštívil první Mezinárodní chemický kongres v Karlsruhe, kde díky názorům na atomovou hmotnost přišel na základní myšlenku periodické tabulky.