ولد مندليف في توبولسك، سيبيريا في روسيا، في 8 فبراير 1834. وكان أصغر إخوته البالغ عددهم 14، للأب إيفان بافلوفيتش مندليف " Ivan Pavlovich Mendeleyev" والأم ماريا ديمتريفنا كندليفا (ني كورنيليفيا) " Maria Dmitrievna Mendeleeva (nee Kornilieva)". وفى سن الرابعة عشر، بعد موت والده، التحق مندليف بالجيمانيزيوم في توبولسك.
وفى عام 1849، استقرت عائلة مندلييف الفقيرة في سان بطرسبرج، حيث التحق بالمعهد التربوي العالي في عام 1850. وبعد التخرج، أصيب بالسل مما جعله ينتقل إلى شبه جزيرة القرم بالقرب من البحر الأسود في عام 1855، حيث أصبح الرئيس العام للعلوم في المدرسة الثانوية المحلية. ثم استعاد صحته ورجع إلى سان بطرسبرج عام 1856.
وفى الفترة من 1859 إلى 1861 عمل في كثافة الغازات في باريس، وأعمال المطياف مع جوستاف كيرشوف " Gustav Kirchhoff" في هايدلبيرج. وفى عام 1863، وبعد رجوعه إلى روسيا، أصبح مدرس الكيمياء في المعهد التقني وفى جامعة سان بطرس برج. وفى نفس العام، تزوج من فيوزفا نيكيتشنا ليشتفا " Feozva Nikitichna Leshcheva"، وانتهى الزواج بالطلاق. ثم تزوج بعدها أنا إيفانوفا بوبوفا " Anna Ivanovna Popova"، وتزوجت إبنتهم ليوبوف "Lyubov" الشاعر الروسي المشهور ألكسندر بلوك " Alexander Blok".
وبالرغم من أن مندليف تم تكريمه من كل المؤسسات العلمية في أوروبا، بما فيها حصوله على ميدالية كوبلي من المجتمع الملكي في لندن، فإن نشاطه السياسي كان يقلق الحكومة الروسية، مما أدى لإقالته من جامعة سان بطرسبرج في 17 أغسطس عام 1890. وفى عام 1893، تم تعيينه مدير لديوان الأوزان والقياسات.
وفى سنواته الأخيرة، عمل خارجه واخترع المواصفات القياسية للفودكا " vodka" الروسية. وأكثر أهمية من ذلك قام بالتحقق من حقول وتركيب النفط. وساعد في عمل أولمصفاة زيت في روسيا. وقد مات في سان بطرسبرج بسبب الإنفلونزا. وتم تسمية العنصر رقم 101، مندليفيوم باسمه.
