Hijo de Nikolaj Demidov y hermano mayor de Anatolio , inició la carrera militar en el regimiento comandado por su padre y recibió su bautismo de fuego en la batalla de Borodino en 1812. Tras el final de las guerras napoleónicas ingresó en la Guardia Montada del Zar. . En 1831 se retiró del servicio activo con el grado de capitán y al mismo tiempo se convirtió en miembro de la administración estatal rusa y fue nombrado gobernador de la provincia de Kursk.
En 1831 instituyó el Premio Demidoff , otorgado por la Academia de Ciencias de Rusia , institución a la que apoyó personalmente en varias ocasiones gracias también a su riqueza personal. En 1834 ingresó al Ministerio de Relaciones Exteriores y luego al Consejo de Estado Ruso.
Murió repentinamente de insuficiencia cardíaca en Maguncia el 25 de marzo de 1840 y fue enterrado en el cementerio de Tikhvin de Alexander Nevsky Lavra. Su único hijo, Paul II Demidoff , heredaría las propiedades de su padre y de su tío Anatolio, así como el título principesco obtenido por este último.
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