Dobzhansky lahir pada 24 Januari 1900 di Nemyriv, Ukraina (kemudian di Kekaisaran Rusia).Ayahnya bernama Grigory Dobzhansky, seorang guru matematika, dan ibunya adalah Sophia Voinarsky. Pada tahun 1910 keluarganya pindah ke Kiev, Ukraina. Di sekolah tinggi, Dobzhansky memutuskan untuk menjadi ahli biologi. Pada tahun 1915, ia bertemu Victor Luchnik yang meyakinkan dia untuk mengkhususkan diri dalam kumbang sebagai gantinya. Dobzhansky kuliah di University of Kiev antara 1917 hingga 1921, di mana ia kemudian belajar sampai tahun 1924. Dia kemudian pindah ke Leningrad, Rusia, untuk mempelajari spesies Drosophila melanogaster di laboratoriumnya yang telah dia didirikan.
Pada tanggal 8 Agustus 1924, Dobzhansky menikah dengan ahli genetika bernama Natalia "Natasha" Sivertzeva yang bekerja di Kiev, Ukraina RSK. Dobzhansky punya satu putri, bernama Sophie, yang kemudian menikah dengan arkeolog Amerika dan Michael D. Coe antropolog.
Sebelum pindah ke Amerika Serikat Dobzhansky menerbitkan 35 karya ilmiah tentang entomologi, genetika dan zootechnique.
Dobzhansky pindah ke Amerika Serikat pada tahun 1927 dengan beasiswa dari Dewan Pendidikan Internasional dari Rockefeller Foundation, tiba di New York. Dia bekerja dengan Thomas Hunt Morgan di Columbia University, yang telah mempelopori penggunaan lalat buah (Drosophila melanogaster) dalam percobaan genetika. Dia mengikuti Morgan ke Institut Teknologi California 1930-1940. Dobzhansky dikreditkan karena telah mempelajari lalat buah di kandang populasi, dan menemukan bahwa varietas daerah dekat lalat lebih mirip satu sama lain genetik daripada lalat dari daerah lain.
Pada tahun 1937, ia menerbitkan salah satu karya utama dari sintesis evolusi modern, biologi evolusioner sintesis dengan genetika, dan Genetika berjudul Origin of Species, yang antara lain, didefinisikan evolusi sebagai "suatu perubahan dalam frekuensi alel dalam waktu kolam gen ". Pekerjaan Dobzhansky yang berperan dalam menyebarkan gagasan bahwa melalui mutasi pada gen yang terjadi seleksi alam. Juga pada tahun 1937, ia menjadi warga negara naturalisasi dari Amerika Serikat. Selama waktu ini, ia memiliki publik yang sangat jatuh dengan salah satu rekan-rekannya Drosophila, Alfred Sturtevant, terutama didasarkan pada kompetisi profesional.
Pada tahun 1941, Dobzhansky dianugerahi Medali Daniel Giraud Elliot dari National Academy of Sciences [7]. Dia kembali ke Universitas Columbia 1940-1962. Dia adalah salah satu penandatangan pernyataan UNESCO 1950 Pertanyaan Ras. Dia kemudian pindah ke Institut Rockefeller (segera menjadi Universitas Rockefeller) hingga pensiun pada tahun 1971. Pada tahun 1972 ia terpilih presiden pertama dari BGA (Perilaku Genetika Association) dan diakui oleh masyarakat karena perannya dalam perilaku genetika, dan pendirian masyarakat dengan penciptaan Award Dobzhansky (untuk seumur hidup beasiswa beredar dalam genetika perilaku).
Pada tahun 1970, ia menerbitkan Genetika dari proses evolusi.
Dobzhansky istri Natasha meninggal karena trombosis koroner pada tanggal 22 Februari 1969. Sebelumnya (pada tanggal 1 Juni 1968) Theodosius telah didiagnosis dengan leukemia limfositik (suatu bentuk leukemia kronis), dan telah diberi beberapa bulan sampai beberapa tahun untuk hidup. Ia pensiun pada tahun 1971, pindah ke University of California, Davis mana muridnya Jose Francisco Ayala telah dibuat asisten profesor, dan di mana ia terus bekerja sebagai profesor emeritus. Dia dipublikasikan salah satu yang paling terkenal esai "Tidak ada dalam Biologi Masuk Akal Cahaya Kecuali dalam Evolusi" saat ini.
Pada tahun 1975, leukemia telah menjadi lebih parah, dan pada tanggal 11 November ia pergi ke San Jacinto, California untuk pengobatan dan perawatan. Dia meninggal (gagal jantung) pada 18 Desember. Dia dikremasi, dan abunya bertebaran di padang gurun California.
Sebuah bek konstan evolusi Darwin, ia juga, menurut muridnya Francisco J. Ayala, "seorang yang religius" yang tetap menolak keyakinan dalam "keberadaan Allah pribadi dan kehidupan di luar kematian fisik." Namun, Ernst Mayr menyatakan sebaliknya: ". Di sisi lain, evolusionis terkenal seperti Dobzhansky itu perusahaan percaya pada pribadi Allah" Dobzhansky sendiri berbicara tentang Allah sebagai menciptakan melalui evolusi, dan menganggap dirinya seorang komunikan dari Gereja Ortodoks Timur.