دیمیتری ایوانویچ در هفت فوریه سال 1834 در شهر توبولسک سیبری در یک خانواده متوسط و پرجمعیت چشم به جهان گشود. او چهاردهمین فرزند خانواده مندلیف به شمار می‌‌رود. پدرش ایوان مدیر یکی از مدارس محلی بود و مادرش ماریا در کارگاه شیشه‌گری که از پدرش به ارث رسیده بود کار می‌‌کرد تا بتواند کمک خرج شوهرش باشد. پدربزرگ ایوانویچ نیز مدیر مسئول اولین روزنامه در سیبری بود. دیمیتری ایوانویچ زندگی خوب و آرامی داشت تا این‌که پدرش را بر اثر یک بیماری قلبی از دست داد و یتیم شد. از آن به بعد اندوه و ناامیدی فضای خانه را پر کرد و ایوانویچ که پنج سال بیشتر نداشت در غم از دست دادن پدر افسرده شد. مادر بیشتر کار کرد تا هزینه خانواده پرجمعیتش را درآورد. او شبانه‌روز در کارگاه شیشه‌گری مشغول ساخت انواع ظروف بلوری بود تا بچه‌هایش در آسایش زندگی کنند و به تحصیل بپردازند.
دیمیتری ایوانویچ به مدرسه توپولسک رفت و استعداد درخشان خود را در زمینه ریاضی و فیزیک به معلمان خود نشان داد. عصرها بعد از اتمام مدرسه به کارگاه نزد مادرش می‌‌رفت و او را در شیشه‌گری کمک می‌‌کرد. دایی‌اش بسارگین راهنما و دوست خوبی برای دیمیتری بود. وقتی دیمیتری پا به 14 سالگی گذاشت مادرش به او قول داد که وی را به سن پترزبورگ برای ادامه تحصیل بفرستد اما بخت با آنان یار نبود و کارگاه شیشه‌گری آتش گرفت و همه سرمایه‌شان از دست رفت.
_ _ _
دیمیتری برای یافتن شغلی پردرآمد به سن پترزبورگ رفت و در آن‌جا به تدریس در یک مدرسه پرداخت. او در سال 1850 توانست بورس تحصیلی بگیرد و وارد دانشگاه سن پترزبورگ شود و به تحصیل در رشته ریاضی، فیزیک و شیمی بپردازد. او خانواده خود را هم به سن پترزبورگ آورد اما متاسفانه مادر و خواهرش به بیماری سل دچار شدند و او را با یک دنیا غم و اندوه تنها گذاشتند.

درخشش در دانشگاه 

علی‌رغم مشکلات و فشار روحی بر دیمیتری، او از درس غافل نشد و با نمرات عالی دروس دانشگاهی را می‌‌گذارند.
دیمیتری بر اثر فقر و غم و اندوه بیمار شد تا حدی که پزشکان تصور کردند او نیز به سل مبتلا شده است. لذا به او توصیه کردند به یک جای خوش آب و هوا برود و کمی استراحت کند. دیمیتری به جزایر کریمه سفر کرد و کم‌کم سلامت خود را به دست آورد و بعد به سنت پترزبورگ بازگشت. او زیرنظر آ. وسکرسنکا شیمیدان بزرگ روسی به آموختن علوم شیمی پرداخت و در سال 1855 با دریافت یک مدال طلا فارغ‌التحصیل و به تدریس در دبیرستان مشغول شد و کتاب شیمی آلی را منتشر کرد که اولین کتاب درسی شیمی آلی روسیه بود. او به فرانسه و آلمان دعوت شد تا در کنفرانس‌ها شرکت کند. سپس با ارائه کتابی تحت عنوان اتحاد آب و الکل در زمینه شیمی صنعتی درجه دکتری گرفت و استاد شیمی در دانشگاه سن پترزبورگ شد. او چند کتاب با عنوان شیمی معدنی و اصول شیمی منتشر کرد که مورد توجه اساتید شیمی قرار گرفت.
در سال 1864 با دختری به نام فزووز لشوا در دانشگاه آشنا شد و ازدواج کرد. ثمره این ازدواج دو فرزند بود یک پسر به نام ولودیا و یک دختر به نام الگا . اما این ازدواج فرجام خوبی نداشت و به طلاق و جدایی منجر شد.

خلق جدول مندلیف

در سال 1869 جدول عجیبی را تنظیم کرد که عناصر براساس خواص مواد در خانه‌های عمودی و افقی قرار گرفته شده بود.
به این ترتیب این جدول از سبک‌ترین عنصر یعنی هیدروژن آغاز و به سنگین‌ترین آنها یعنی اورانیوم خاتمه پیدا می‌‌کرد. دیمیتری عاشق خواهر دوستش پوپوف شد لذا با او ازدواج کرد که ثمره این ازدواج چهار فرزند بود. دیمیتری برای خلق عجیب و غریبش مورد تمسخر اعضای انجمن شیمیدانان روسیه قرار گرفت، ولی فقط لوتادمیر دانشمند بزرگ شیمی بود که او را تشویق به ادامه کارش می‌‌کرد.در سال‌های بعد دانشمندان فرانسوی و نروژی عناصر گالیم و اسکاندیم و ژرمانیم را کشف کردند که مندلیف این عناصر را هم در جدولش قرار داد.

مهاجرت

دیمیتری مردی آزادی‌خواه و خستگی‌ناپذیر و علاقه‌مند به مسائل اجتماعی بود لذا مورد انتقاد از سوی دولت تزار قرار ‌گرفت. وقتی حکومت تزار او را سد راه خود دیدند وی را به کشور‌های خارجی فرستادند تا از روسیه دور باشد.مندلیف به پاریس رفت و در آزمایشگاه ورتس شیمیدان فرانسوی مشغول به کار شد. مدتی را هم به همکاری با بونزن شیمیدان و فیزیکدان آلمانی پرداخت. سپس به آمریکا سفر کرد و از چاه‌های نفتی پنسیلوانیا بازدید به عمل آورد.مندلیف هنگام کسوف سال 1906 به فرانسه رفت و برای تحقیق فضایی با بالون به هوا پرواز کرد.
او در همان سال در لیست نامزدهای جایزه نوبل قرار گرفت ولی به دلیل این‌که (مواسان) شیمیدان فرانسوی یک رای بیش از او آورد این جایزه به مندلیف نرسید. مندلیف یکی از چهره‌ها و شخصیت‌های دوست داشتنی نزد مردم روسیه بود. لذا به هنگام جنگ روس و ژاپن آنان از مندلیف خواستند که به کشورش بازگردد و قوت قلب مردم کشورش باشد.
از این‌رو سال‌های آخر زندگی مندلیف در غم و نگرانی جنگ و خونریزی گذشت.
مندلیف به کتاب‌های علمی تخیلی ژول ورن علاقه زیادی داشت و در اوقات فراغت به مطالعه این کتب می‌‌پرداخت. در سال 1907 هنگام مطالعه یکی از کتاب‌های ژول‌ورن بود که به آنفلوآنزا دچار شد. بسیاری از پزشکان سن پترزبورگ برای معالجه او تلاش زیادی کردند اما او بر اثر تب و عفونت گلو و سینه دوام نیاورد و در سن 73 سالگی چشم از جهان فرو بست.از آن زمان به بعد همه خانه‌های جدول وی پر شد و آخرین خانه خالی در سال 1938 با کشف اکتینیم در پاریس پر شد و به این ترتیب جدول عجیب و غریب این شیمیدان پرکار به بار نشست. در سال 1955 عنصر شماره 101 این جدول نیز کشف شد و به افتخار وی مندلیفیم نام‌گذاری شد.