Ailesinin 17 çocuğundan en küçüğü olan Mendeleyev'in büyük babası Sibirya'nın ilk gazetesini çıkarıyordu; babası ise bir lise müdürüydü. Mendeleyev, ilköğrenimini sürgünde yaptı; babası ölünce annesi ona daha iyi öğrenim koşulları sağlamak amacıyla batıya göçtü.