Родился Владимир Иванович Вернадский 28 февраля 1863 года в Петербурге, в семье профессора политической экономии Ивана Васильевича Вернадского, закончившего Киевский университет и много лет преподававшего в нем. Детство будущего ученого прошло в Харькове, где его отец с середины 1860-х годов работал управляющим местным отделением Государственного банка. В 1876 году семья возвратилась в Петербург, но глубокое ощущение украинских корней навсегда осталось в душе юноши. Его единственное гимназическое стихотворение посвящено многострадальной Украине, с историей которой переплелись судьбы всех его предков:
Окончив гимназию в 1881 году, Владимир Иванович поступил на естественное отделение физико-математического факультета Петербургского университета, где под влиянием выдающегося естествоиспытателя В. В. Докучаева занялся минералогией и кристаллографией. Уже тогда юноша отличался широтой интересов. В 1883 году, к примеру, он выступил одним из организаторов студенческого Научно-литературного общества, в которое входил и Александр Ульянов. В течение нескольких лет молодые люди, чутко воспринимавшие несправедливость общественного строя царской России, поддерживали теплые приятельские отношения.
Важным событием в становлении Вернадского как ученого стала его совместная с В. В. Докучаевым исследовательская поездка по Нижегородской губернии летом 1884 года. Впечатления от нее несколько развеяли скорбное состояние духа, в котором юноша пребывал после смерти отца весной 1884 года. В 1885 году В. И. Вернадский закончил университет со званием кандидата наук и был оставлен при нем хранителем Минералогического кабинета для подготовки к профессорству. В том же году на заседаниях кружка по народной литературе он познакомился с Натальей Старицкой, с которой в сентябре 1886 года обвенчался.
Арест Александра Ульянова 1 марта 1887 года отразился и на судьбе В. И. Вернадского. Прямых улик против него полиция не нашла, но сам факт близкого знакомства с молодым революционером ставил под вопрос продолжение работы в университете. Ему даже предложили подать в отставку, однако вскоре было найдено компромиссное решение. Молодой ученый по линии и на средства Вольного экономического общества отправился исследовать залежи фосфоритов в Смоленской губернии, сохранив за собой должность в Петербургском университете.
В августе 1887 года у Вернадских родился сын Георгий (впоследствии известный историк). В марте 1888 года руководство Петербургского университета отправило Владимира Ивановича в длительную заграничную командировку.
Находясь на стажировке в Мюнхене у выдающегося специалиста в области кристаллографии П. Грота, В. И. Вернадский много путешествует, работает в музеях и научных учреждениях Германии, Австрии, Италии и Франции, принимает участие в работе IV Международного Геологического конгресса в Лондоне. Именно в те годы в его сознании стала вырисовываться минералогическая карта Европы. В начале марта 1889 года для продолжения научной работы молодой исследователь переехал в Париж, который полюбил на всю жизнь.
Летом 1890 года Владимир Иванович возвратился в Россию и вместе с В. В. Докучаевым занялся почвоведческими исследованиями в Полтавской губернии. Еще раньше он принял предложение профессора А. П. Павлова возглавить кафедру минералогии и кристаллографии Московского университета. 8 сентября 1890 года ученый приехал в Первопрестольную, где был утвержден в должности приват-доцента, а в 1898 году, после защиты докторской диссертации «Явление скольжения кристаллического вещества», — профессора Московского университета.
В эти годы В. И. Вернадский руководит геологическими исследованиями на Левобережной Украине, в Польше, на Урале, в Крыму, на Кавказе; часто выезжает в научные командировки в Западную Европу. Под его руководством формируется особое научное направление, отличительной чертой которого стал междисциплинарный подход к решению проблем геологии и минералогии.