Menchoutkine nait à Saint-Pétersbourg. Il quitte l'école à 16 ans et entame ses études supérieures à l'Université d'État de Saint-Pétersbourg. Diplômé de cette université en Chimie, il part pour l'Allemagne et la France afin d'améliorer ses compétences en laboratoire. Il commence par collaborer avec Adolphe Strecker de l'Université de Tübingen, en 1862. Deux ans plus tard, il part pour l'Université de Paris travailler avec Charles Adolphe Wurtz. Finalement, il part en 1865 pour l'Université de Marbourg où il travaille avec Hermann Kolbe. Après être retourné en Russie, il reçoit sa maîtrise pour le travail fourni pendant son séjour en France et en allemagne, particulièrement pour ses recherches sur la chimie de l'acide phosphoreux. En 1869, après avoir défendu sa thèse devant Dmitri Mendeleïev et Alexandre Boutlerov, il obtient un poste de lecteur à l'Université de Saint-Pétersbourg. Dans les années qui suivent, il est promu professeur des universités et publie de nombreux ouvrages de chimie qui auront une influence importante sur l'enseignement de la Chimie en Russie dans les années suivantes.
Après avoir étudié de nombreuses institutions européennes, Menchoutkine et ses collègues ouvrent un nouveau laboratoire de Chimie à l'Université de Saint-Pétersbourg en 1894.
