В 1831 году уральский промышленник Павел Николаевич Демидов учредил премию, «желая содействовать преуспеянию наук, словесности и промышленности в своём отечестве». С 1832 по 1865 годы ежегодно вручались полные (по 5 тыс. руб.) и половинные премии (по 2500 руб.) за уже опубликованные оригинальные сочинения на русском языке. Книги на других языках могли участвовать в конкурсе лишь тогда, когда «рассуждали о предмете, имеющем прямое отношение к России». Право отбора кандидатов и присуждения премии было предоставлено Академии наук «как первому ученому сословию в государстве», при этом сами члены АН к конкурсу не допускались.
За более чем 30 лет своей работы, с 1832 по 1865 год, Демидовская комиссия рассмотрела 903 работы и присудила 55 полных и 220 половинных премий, субсидировала издание 27 рукописей. Демидовская премия считалась самой почётной неправительственной наградой в Российской империи 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.
В числе лауреатов Демидовской премии были такие известные ученые, как хирург Николай Иванович Пирогов, химик Дмитрий Иванович Менделеев, физиолог Иван Михайлович Сеченов, географ и путешественник Иван Фёдорович Крузенштерн.
В 1993 году Демидовская премия была возрождена по инициативе академика Геннадия Месяца, возглавлявшего на тот момент Уральское отделение Российской академии наук. Инициативу активно поддержало правительство Свердловской области (в том числе губернатор Эдуард Россель) и уральские предприниматели. Был создан негосударственный Демидовский фонд и сформулированы новые правила присуждения премии. Возрождённые Демидовские премии присуждаются не за отдельный научный труд и не по личной заявке учёного, как раньше, а за совокупный вклад в науку в одной из областей: науки о Земле, физики и математики, экономики и предпринимательства, гуманитарные науки. Будущие лауреаты определяются путем опроса специалистов каждой области. Окончательное решение выносят пять комиссий и комитет по премиям, в который входят крупнейшие учёные России. Средства на выплату премий поступают из Общенационального научного негосударственного Демидовского фонда. Каждому лауреату вручается диплом, золотая медаль в уникальном малахитовом футляре-шкатулке и сумма 1 миллион рублей.