Syn rejenta Pawła Mierzejewskiego i Janiny Rozalii z Wróblewskich. Dokładna data urodzenia nie jest pewna; nagrobek podaje datę 10 lutego 1838, inne źródła mówią o 23 lutego tego roku. Miał czterech braci, najmłodszy z nich Paweł zginął w powstaniu styczniowym. W 1855 ukończył gimnazjum gubernialne w Lublinie nagrodzony srebrnym medalem. W roku następnym wygrał zorganizowany przez Radę Lekarską Królestwa Polskiego konkurs i otrzymał stypendium na wyjazd do Sankt Petersburga na studia medyczne. W 1861 ukończył studia na Cesarskiej Akademii Medyko-Chirurgicznej, wyróżniony srebrnym medalem. Dzięki bardzo dobrym wynikom studiów uzyskał z miejsca etat młodszego asystenta w klinice psychiatrycznej Jana Balińskiego. W 1864 zdał egzamin na stopień lekarza ze złotym medalem, przyznano mu też nagrodę Busza. Młodszym asystentem w klinice był przez piętnaście lat, do 1876 roku. W 1872 odbył podróż zagraniczną, i specjalizował się w neurologii i psychiatrii w różnych europejskich klinikach, m.in. u Westphala i Virchowa w Berlinie, Henlego i Merkla w Getyndze, Charcot i Duchenne′a w Paryżu. Kolejną podróż zagraniczną przedsięwziął w 1874, pracował wtedy u Meynerta, Leidesdorfa, Kühnego, Arnolda, Guddena, Charcot, Duchenne′a, Vulpiana i Bernarda. W 1876 zastąpił Balińskiego na katedrze psychiatrii i 16 stycznia 1877 został profesorem zwyczajnym psychiatrii i chorób nerwowych. Jego współpracownikami i uczniami byli m.in. Biechtieriew, Daniłło, Erlicki, Popow, Szczerbak, Taczanowski, Greidenberg, Alelekow, Bielakow, Cziż, Blumenau, Anfimow, Timofiejew. Współzałożyciel czasopism „Westnik kliniczeskoj i sudiebnoj psichiatrii i neuropatołogii” i „Archiw dla psichopatołogii”. W 1887 przewodniczył I Zjazdowi Rosyjskich Psychiatrów w Moskwie.
Wieloletni przewodniczący Towarzystwa Psychiatrów Rosyjskich. Członek Rady Lekarskiej Cesarstwa Rosyjskiego i francuskiej Akademii Nauk, honorowy członek Royal College of Psychiatrists. Członek Towarzystwa Lekarskiego Warszawskiego, honorowy członek Towarzystwa Lekarskiego w Krakowie, Towarzystwa Lekarskiego Wileńskiego i Towarzystwa Przyjaciół Nauk w Poznaniu. W 1903 roku zaproponowano mu katedrę psychiatrii i neurologii Uniwersytetu Lwowskiego, odmówił tłumacząc się złym stanem zdrowia. W 1908 roku wyjechał do Paryża na jubileusz Valentina Magnana, w przeddzień uroczystości doznał udaru mózgu, zmarł 1 marca (5 marca wedle inskrypcji z nagrobka). Wspomnienia pośmiertne napisali Blumenau, Popielski, Piltz, Czeczott, Orłowski, Skoczyński. Pochowany jest w Petersburgu.
Dorobek naukowy
Był autorem 54 prac w języku rosyjskim, polskim, niemieckim i francuskim. Przypisuje mu się powiązanie mikrogyrii z oligofrenią (niepełnosprawnością umysłową). Wspólnie z Magnanem opisał zmiany wyściółki komór mózgowia w porażeniu postępującym.
Wybrane prace
Badanie kliniczne chorych maniakalnych. Gazeta Lekarska (1865)
Клинические исследования неистовых больных. Диссертация. СПБ, 1865
O afazyi. Archiw dla sudiebnoj mediciny
[Postrzeżenia kliniczne nad zmianą materyi przy manii]. Archiw dla sudiebnoj mediciny (1867?)
Melancholia attonica. Medicinskij Wiestnik, 1870
Mikroencefalizm. Archiw dla sudiebnoj mediciny 3, 1871
Die Ventrikel des Gehirns. Centralblatt für die medicinischen Wissenschaften 10 (40), ss. 625-629, 1872
Études sur les lésions cérébrales dans la paralysie générale. Archives de physiologie normale et pathologique 2, ss. 195-235 (1875)
Piotr Szarejko: Słownik lekarzy polskich XIX wieku, tom IV. Wydawnictwo Naukowe „Semper”, Warszawa 1997, s. 22-23 ISBN83-86951-28-1
Kośmiński SL. Słownik lekarzów polskich obejmujący oprócz krótkich życiorysów lekarzy polaków oraz cudzoziemców w Polsce osiadłych, dokładną bibliografią lekarską polską od czasów najdawniejszych aż do chwili obecnej. 1883 s. 320-321