Demidows Eltern waren der Bergbau-IndustrielleAkinfi Nikititsch Demidow aus der Adelsfamilie Demidow und seine zweite Frau Jefimija Iwanowna geborene Palzewa. Während der Reise seiner Eltern von Tula nach Sibirien kam er an der Tschussowaja zur Welt. Schon in seiner Jugend zeigte er Interesse an den Geschäften der Familie, und mit 19 Jahren besaß er einen überdurchschnittlichen Geschäftssinn und die nötigen Kenntnisse des Bergbauwesens und der Metallurgie.
Demidow heiratete 1748 Natalja Jakowlewna Jewrejinowa (1732–1756). Ihre beiden Kinder starben früh. Demidows zweite Ehe mit Marija Swertschkowa blieb kinderlos.
Demidow war ein erfolgreicher Unternehmer und gründete drei neue Hüttenwerke. Er steigerte die Produktivität, so dass seine Werke schließlich mehr Eisen produzierten als alle Werke seines Vaters vor der Erbteilung zusammen. Demidow liebte die Wissenschaft und förderte Wissenschaftler und Künstler. Die Mineraliensammlung seines Vaters übergab er dem Kurator der Universität MoskauAlexei Michailowitsch Argamakow. Die Sammlung war der Grundstock des Mineralienkabinetts der Universität Moskau. Demidow korrespondierte mit Voltaire und Denis Diderot. Als erster der Demidows begann er Dinge von künstlerischem und historischem Wert zu sammeln.[2] 1753 kaufte Demidow den Landsitz Almasowo (RajonSchtscholkowo bei Moskau) mit der Kirche des Sergius von Radonesch. Erhalten sind das Herrenhaus und die restaurierte Kirche.[4]
Der ThronfolgerPeter III. lieh häufig Geld von Demidow und verlieh ihm den Orden der Heiligen Anna, den er aber erst nach dem Tode der Kaiserin Elisabeth tragen sollte. Nach der Thronbesteigung Peters III. verlor Demidow dessen Gunst, und der Orden wurde ihm wieder genommen. Katharina II. gab ihm den Orden zurück und ernannte ihn zum Staatsrat (V. Rangklasse), ohne ihn zum Dienst zu verpflichten.
1779 stiftete Demidow an der Akademie der Wissenschaften eine Preismedaille für Erfolge in der Mechanik.[1] 1786 gab Demidow das Journal einer Reise in fremde Regionen mit vielen Anmerkungen zu seinen vielfältigen Beobachtungen heraus. Demidow gab große Summen für die Förderung junger Talente aus.[2] Viele seiner Leibeigenen schickte er zum Studium nach Moskau und St. Petersburg, an die Akademie der Künste und ins Ausland. Als Guts- und Fabrikherr war er streng und sogar grausam.