Музей образовался в 1911 году. Он располагается в квартире, в которой с 1866 по 1890 годы жил Менделеев. В тот период он был профессором Петербургского университета. В данной квартире химиком был создан периодический закон и написаны «Основы химии». Помещение было приобретено у жены учёного. В музее точно воссоздан интерьер рабочей комнаты химика. Здесь же находится библиотека Д.И. Менделеева, которая насчитывает примерно 20.000 изданий различных по тематике, находятся материалы, отображающие развитие производственных сил России. Большинство книг и статей сопровождаются дарственными надписями Менделееву, а также здесь есть собранная Дмитрием Ивановичем коллекция репродукций с произведений изобразительного искусства. Помимо кабинета Менделеева и библиотеки, здесь представлены многочисленные данные подробно рассказывающие о его жизнедеятельности, приборы и приспособления, сделанные собственноручно учёным и применяемые им же при опытах. В 1952 году музей был расширен, за счёт этого была создана новая композиция.