15 января 1831 года уральский промышленник, камергер двора Его Императорского Величества граф Павел Николаевич Демидов, потомок двух известнейших уральских династий, сын Николая Демидова и Елизаветы Строгановой учредил премию «для содействия к преуспеванию наук».

Первая премия была торжественно вручена в 1832 году в Общем собрании Академии наук с приветственной речью президента графа С.С. Уварова, а сама премия была приурочена ко дню рождения императора Александра I. С премией выдавалась медаль.

Лауреатов отбирала Императорская академия наук по публикациям учёных, и выносила на публичное собрание Академии. Данная премия считалась самой почётной неправительственной наградой России, и самой универсальной: её вручали за труды в области философии, экономики, медицины, геологии, биологии, химии, географии, астрономии, истории, филологии, физики, математики, метрологии, метеорологии и даже военных наук.

При жизни Павел Демидов ежегодно к 17 апреля вносил в Академию наук по 25 тысяч рублей:

20 тысяч на премии выдающимся учёным и 5 тысяч «на издание увенчанных Академией рукописных творений».

После смерти Павла Демидова в 1840 году, по его завещанию, премия вручалась еще 25 лет.

В числе лауреатов Демидовской премии в разные годы были: хирург Николай Пирогов; химик Дмитрий Менделеев; математик Пафнутий Чебышев; географ и путешественник Иван Крузенштерн; физиолог Иван Сеченов и многие другие.

В 1993 году в Екатеринбурге по инициативе Уральского отделения РАН и в результате объединения усилий уральских учёных и предпринимателей традиция вручения Демидовской премии возобновилась.

Общенациональные неправительственные Демидовские премии присуждаются за совокупный вклад ученого в науку в одной из областей: науки о Земле, физики и математики, экономики и предпринимательства, а также за вклад в гуманитарные науки.

Ученые награждаются не за отдельный научный труд, а по совокупности работ. Будущие лауреаты определяются не на конкурсной основе, а путем опроса специалистов той или иной области. Окончательное решение выносят пять комиссий и комитет по премиям, в который входят крупнейшие российские ученые.