布特列洛夫 1828 年 8 月生于喀山省奇斯波尔城，十六岁中学毕业入喀山大学数理系自然科读书，因年幼，作为旁听生，一年级读了两年。他在大学初期喜欢生物学，后来受到克拉乌斯和齐宁的影响终于献身于化学。1849 年大学毕业后留校工作， 1851 年获得硕士学位，论文题目为《论有机化合物的氧化反应》， 1854 年获得博士学位，论文题目为《论香精油》。1868 年任彼得堡大学教授， 1871 年为科学院兼任教授， 1874 年常任教授。
1861 年，他在德国自然科学代表大会上作了《论物质化学结构》的报告，提出了化学结构的概念以及原子间相互影响的观点。1859 年，发现甲醛的聚合物。1861 年将三聚甲醛在石灰水的作用下起聚合作用而生成糖类物质，当时叫聚甲醛糖。用人工合成获得可以食用的碳水化合物，是现代科学领域中的一重大课题。
