Ο Ντμίτρι Μεντελέγιεφ φοίτησε αρχικά στο γυμνάσιο του Τομπόλσκ και μετά την εγκατάσταση της οικογένειάς του, το 1849, στην Αγ. Πετρούπολη, στο Κεντρικό Παιδαγωγικό Ινστιτούτο. Το 1855 διαγνώστηκε με φυματίωση και υποχρεώθηκε να μετακομίσει στην Κριμαία, στην βόρεια ακτή της Μαύρης Θάλασσας. Επέστρεψε στην Αγ. Πετρούπολη το 1857. Το 1861 ο Ντμίτρι Μεντελέγιεφ συνέγραψε το πρώτο του βιβλίο για το φασματοσκόπιο, με το οποίο κέρδισε την ευρεία αναγνώριση. Αναγορεύθηκε σε καθηγητή Χημείας στο Τεχνολογικό Ινστιτούτο και στο Πανεπιστήμιο της Αγ. Πετρούπολης το 1863 και μονιμοποιήθηκε το 1867, μετατρέποντας το Πανεπιστήμιο της Αγ. Πετρούπολης σε διεθνές ερευνητικό κέντρο χημείας. Μεταξύ 1868 και 1870, έγραψε το καθοριστικό δίτομο έργο του, Αρχές Χημείας. Η προσπάθεια ταξινόμησης των στοιχείων βάσει των χημικών τους ιδιοτήτων, τον οδήγησε στη δημιουργία του Περιοδικού Πίνακα.
Στις 6 Μαρτίου 1869, ο Μεντελέγιεφ έκανε μια επίσημη παρουσίαση στη Ρωσική Χημική Εταιρεία, με τον τίτλο Η εξάρτηση μεταξύ των Ιδιοτήτων των Ατομικών Βαρών των Στοιχείων, στην οποία περιέγραψε τα στοιχεία βάσει τόσο του βάρους όσο και του σθένους τους. Σε αυτή προέβλεπε την ύπαρξη και άλλων, άγνωστων μέχρι τότε, στοιχείων. Μόλις λίγους μήνες μετά τη δημοσίευση από τον Μεντελέγιεφ του περιοδικού πίνακα όλων των γνωστών (και αρκετών άγνωστων ακόμη) στοιχείων, ο Λόθαρ Μέγιερ παρουσίασε ένα σχεδόν ίδιο πίνακα. Αρκετοί θεωρούν ότι ο Μέγιερ και ο Μεντελέγιεφ είναι συν-δημιουργοί του περιοδικού πίνακα, αλλά οι περισσότεροι συμφωνούν ότι η ακριβής πρόβλεψη από τον Ντμίτρι Μεντελέγιεφ των ιδιοτήτων του γερμάνιου, του γάλλιου και του σκάνδιου, του δίνει το προβάδισμα.
Το 1876, και ενώ ήταν ήδη παντρεμένος από το 1862, ερωτεύτηκε παράφορα την Άννα Ιβάνοβα Πόποβα. Την παντρεύτηκε, το 1882, ένα μήνα πριν οριστικοποιηθεί το διαζύγιό του από την πρώτη του γυναίκα. Η αντισυμβατικότητα της προσωπικής του ζωής είχε ως αποτέλεσμα να μη γίνει δεκτός από τη Ρωσική Ακαδημία Επιστημών και παρά την τεράστια φήμη που είχε αποκτήσει. Παραιτήθηκε από το Πανεπιστήμιο της Αγ. Πετρούπολης, το 1890. Το 1893 διορίστηκε διευθυντής του Γραφείου Μέτρων και Σταθμών. Από αυτή τη θέση, έθεσε νέα κριτήρια για την παραγωγή βότκας. Πίστευε ότι για να υπάρχει τέλεια μοριακή ισορροπία, η βότκα έπρεπε να παράγεται με αναλογία ενός μορίου αιθυλικής αλκοόλης αραιωμένου σε πέντε μόρια νερού. Ο Ντμίτρι Μεντελέγιεφ ερεύνησε ακόμη τη σύνθεση του πετρελαίου και συνέβαλε στη δημιουργία του πρώτου διυλιστηρίου στη Ρωσία. Πέθανε στην Αγ. Πετρούπολη, το 1907, από γρίπη. Προς τιμήν του, το όνομά του πήρε ένας κρατήρας στη Σελήνη, ενώ το ραδιενεργό στοιχείο με ατομικό αριθμό 101 ονομάστηκε μεντελέβιο.
Αν και ο Ντμίτρι Μεντελέγιεφ τιμήθηκε ευρέως από επιστημονικές οργανώσεις σε όλη την Ευρώπη, συμπεριλαμβανομένου και του Μεταλλίου Κόπλεϊ από τη Βασιλική Εταιρεία του Λονδίνου, παραιτήθηκε από το πανεπιστήμιο της Αγίας Πετρούπολης στις 17 Αυγούστου του 1890. Το 1893 ο Ντμίτρι Μεντελέγιεφ διορίστηκε διευθυντής του Γραφείου Μέτρων και Σταθμών. Από τη θέση αυτή διατύπωσε τα νέα κρατικά πρότυπα για την παραγωγή βότκας. O Ντμίτρι Μεντελέγιεφ ερεύνησε επίσης τη σύνθεση του πετρελαίου και βοήθησε στην ίδρυση του πρώτου διυλιστηρίου πετρελαίου στη Ρωσία.
Το 1905, ο Μεντελέγιεφ εξελέγη μέλος της Σουηδικής Βασιλικής Ακαδημίας Επιστημών. Το επόμενο έτος η Επιτροπή του Νόμπελ Χημείας πρότεινε στη Σουηδική Ακαδημία να απονείμει το Βραβείο Νόμπελ Χημείας του 1906 στον Μεντελέγιεφ για τη δημιουργία του περιοδικού συστήματος. Το Χημικό Τμήμα της Σουηδικής Ακαδημίας υποστήριξε την πρόταση αυτή και στη συνέχεια η Ακαδημία έπρεπε να εγκρίνει την επιλογή της Επιτροπής, όπως έχει γίνει σχεδόν σε κάθε περίπτωση. Απροσδόκητα, κατά τη σύσκεψη της Ακαδημίας, ένα μέλος της Επιτροπής, ο Σβάντε Αρρένιους, διαφώνησε με την επιλογή και υποστήριξε την υποψηφιότητα του Ανρί Μουασάν. Οι εκ νέου προσπάθειες να προταθεί ο Ντμίτρι Μεντελέγιεφ το 1907 συνάντησαν και πάλι την απόλυτη αντίθεση του Αρρένιους.
Αριθμός Πιστοποίησης Μ.Η.Τ.232163