Дмитрий Иванович Менделеев родился 8 февраля 1834 г. в Тобольске в семье Ивана Павловича Менделеева, который в то время был директором Тобольской гимназии и училищ Тобольского округа. Дмитрий был вторым и последним ребёнком в семье, у него была сестра Мария.
Сначала Дмитрий учился в Тобольской гимназии в 1841-1849 гг. Высшее образование Менделеев на отделении естественных наук физико-математического факультета получил в Главном педагогическом институте в Петербурге, курс которого закончил в 1855 г. с золотой медалью. В 1856 г. защитил магистерскую диссертацию и с 1857 г. В качестве доцента читал там же курс органической химии.
В 1862 г. Менделеев женился на Феозве Никитичне Лещевой, уроженке Тобольска. Это была падчерица знаменитого автора «Конька-Горбунка» Петра Павловича Ершова. В этом браке у него родилось трое детей, но одна дочь умерла в младенчестве.
В 1864-1866 гг. Д.И. Менделеев был профессором Петербургского технологического института. В 1865 г. защитил докторскую диссертацию «О соединении спирта с водой» и тогда же был утверждён профессором Петербургского университета. Дмитрий принимал активное участие в общественной жизни, он выступал в печати с требованиями о разрешении чтений публичных лекций. Протестовал против циркуляров, ограничивающих права студентов, обсуждал новый университетский устав.
В 1868 г. Менделеев стал одним из организаторов Русского химического общества.
Считается, что в 1869 г. 1 марта Дмитрий открыл периодический закон, когда он составил таблицу, в которой химические элементы располагались в зависимости от их атомного веса и химического сходства. Это открытие было результатом многолетних изучений. Он составил несколько вариантов периодической системы и на её основе исправил атомные веса некоторых известных элементов, предсказал существование и свойства ещё неизвестных элементов.
В конце 1870-х гг. Дмитрий Менделеев страстно влюбился в Анну Ивановну Попову, во втором браке родилось четверо детей.
Позже Дмитрий стал тестем для русского поэта Александра Блока, который женился на его дочери Любови.
Дмитрий Иванович Менделеев умер 20 января 1907 г. от воспаления легких. Его похороны, принятые на счет государства, были настоящим национальным трауром.