Perteneciente a la antigua nobleza polaca, Domeyko se consideró siempre polaco. Estudió en la Universidad de Vilna. Tuvo que exiliarse de su país tras la derrota de los patriotas polacos y lituanos en la insurrección de 1831 en contra de la dominación rusa. En París estudió en La Sorbona, el Colegio de Francia, el Jardín Botánico y la Escuela de Minas. En 1838 llega a Chile contratado por las autoridades de la provincia de Coquimbo para comenzar la enseñanza de mineralogía y química en el liceo San Bartolomé de La Serena, institución que también financia su viaje, instrumentos, materiales y colecciones, donde posteriormente revoluciona los métodos de enseñanza.