1900年1月25日，多布然斯基出生在俄罗斯帝国的涅米罗夫，父亲是数学教师。1910年，举家迁往基辅。在高中时，多布然斯基收集了许多蝴蝶并决定成为一名生物学家。1917年至1921年，多布然斯基就读于基辅大学。毕业后，又留校任教至1924年。随后，多布然斯基前往列宁格勒，师从尤里·菲利普琴科，在新成立的黑腹果蝇实验室工作。

1924年8月8日，多布然斯基与遗传学家纳塔利娅·娜塔莎·西韦尔特泽夫结婚，婚后育有一女。他的女儿索菲（Sophie）后来嫁给了美国人类学家迈克尔·D·科。

这一阶段的俄罗斯经历了第一次世界大战、1917年俄国革命和俄国内战，造成了巨大的社会动荡。

1927年，多布然斯基在洛克菲勒基金的资助下移民美国。在哥伦比亚大学，多布然斯基与利用黑腹果蝇研究遗传学的先驱托马斯·亨特·摩根成为同事。1930年至1940年，他又追随摩根前往加利福尼亚理工学院工作。多布然斯基用大量事实证明了自然群体中广泛地存在着遗传变异。