Станция открыта 31 декабря 1988 года в составе участка "Чеховская" — "Савёловская". Названа по расположенному поблизости МХТИ им. Д. И. Менделеева.

На станции имеется два вестибюля. Выходы через подземные переходы к Новослободской улице. Из центра зала лестничные переходы ведут на станцию «Новослободская» Кольцевой линии.

"Менделеевская" — колонная трёхсводчатая станция глубокого заложения (глубина заложения — 48,5 метров). Своды залов станции опираются на колонны через фасонные клинчатые перемычки.

В отделке станционного зала использован белый мрамор, пол выложен серым и черным гранитом. Путевые стены отделаны вставками со стилизованными изображениями атомного и молекулярного строения. Станцию украшают оригинальные светильники, конструкция которых напоминает строение кристаллической решетки.

Пассажиропоток по входу — 31,2 тысяч человек в сутки, по выходу — 41,4 тысяч человек в сутки (исследование 2002 года). Суточный пассажиропоток в 1999 году составлял порядка 26 900 человек.