Родился в 1948 г. Окончил химический факультет СПбГУ в 1971 г. и с этого времени работал сотрудником Музея-архива Д. И. Менделеева и кафедры квантовой химии.
С осени 1991 г. по декабрь 2019 г. работал в должности директора Музея-архива Д.И. Менделеева СПб гос. университета, с апреля 2020 г. по декабрь 2022 г. - профессором Российского государственного педагогического университета им. А.И. Герцена (Институт философии человека).
С декабря 2022 г. по настоящее время работает старшим научным сотрудником СПб Филиала Института истории естествознания и техники им. С. И. Вавилова РАН.
Является признанным в России и за рубежом специалистом в области истории науки, автором свыше 150 научных работ, в том числе 10 монографий.
Работы И. С. Дмитриева посвящены актуальным проблемам истории естествознания и охватывают широкий круг тем:
— интеллектуальная революция XVI–XVII вв.;
— наука в культуре XVIII в.;
— история теоретической органической химии и атомно-молекулярного учения;
— история квантовой химии;
— российские научные школы;
— жизнь и деятельность Д. И. Менделеева.
В Музее-архиве Д. И. Менделеева под его руководством проходили стажировку молодые специалисты из Японии (Масанори Кайдзи), Канады (Марк Буторак) и США (Майкл Гордин).
И. С. Дмитриев входит в состав редколлегий журналов «Общая химия» (Россия) и HistoryofScience (Великобритания), является членом HistoryofScienceSociety (США).
И.С. Дмитриев с 2004 г. читает лекции по истории и философии науки в СПбГУ (студентам и аспирантам Химического факультета и Факультета философии и политологии СПбГУ) и в СПб Академии постдипломного педагогического образования.
