Образование получил на медицинском факультете Дерптского университета (1832--1837), который окончил в звании врача.
Два года работал в Австрии и Германии, где специализировался в области зоологии, этнографии, антропологии.
В 1839 был назначен адъюнктом при кафедре зоологии в университете Святого Владимира (Киев).
В 1840 году Миддендорф участвовал в Лапландской экспедиции К. М. Бэра, собирал материалы по орнитологии, малакологии и геологии Лапландии.
В 1842 году Академия наук по рекомендации К. М. Бэра поручила Миддендорфу организовать экспедицию в Северную и Восточную Сибирь. В период подготовки экспедиции Миддендорф составил карту Таймыра, используя работы С. И. Челюскина и X. П. Лаптева.
В период своей экспедиции в Северную Сибирь и на Дальний Восток в 1842--1845 открыл плато Путорана, стал первым исследователем полуострова Таймыр, Северо-Сибирской низменности, Амурско-Зейской равнины, Станового хребта, нижней части бассейна Амура, южного побережья Охотского моря, Удско-Тугурского Приохотья, Шантарских островов. Отчёт Миддендорфа об экспедиции был для своего времени наиболее полным естественно-историческим описанием Сибири.
Профессор Московского университета (с 1847 года), академик Императорской Санкт-Петербургской Академии наук (с 1857 года), организатор и первый директор Петровской земледельческой и лесной академии в Москве (1861?1869). Первый президент Российского общества садоводства (с 1858 года).
Провёл первые в России исследования по эмбриологии растений, положил начало работам по физиологии растений в Петербургской Академии наук, занимался вопросами растениеводства (в частности, хмелеводства).
Среднее образование он получил в Горном кадетском корпусе, а в 1834 году поступил на физико-математический факультет Санкт-Петербургского университета. В нём под влиянием профессора С. С. Куторги он стал заниматься естественными науками и особенно ботаникой.
В 1838 году Железнов был причислен к учёной экспедиции, присоединившейся к хивинской войне, но экспедиция была внезапно отменена.
В 1848 году Железнов опять был назначен в число членов французской полярной экспедиции; но после выезда из Петербурга начальника экспедиции натуралиста Гемара участие в экспедиции русских учёных было отклонено. Несмотря на эти неудачи, Железнов упорно занимался наукой, и в 1840 году получил степень магистра за сочинение "О развитии цветка и яичка у Tradescantia virginica L.", а в 1842 году степень доктора, опять за работу об эмбриологии высших растений. По тому же предмету им была проведена ещё одна работа о развитии цветка персика.
По возвращении из-за границы, где он путешествовал три года, ему опять не нашлось места, и только в 1847 году, после путешествия по России для изучения её сельского хозяйства, он был назначен профессором сельского хозяйства в Московском университете. С тих пор Железнов посвятил себя сельскому хозяйству, не оставляя, однако, ботаники и присоединив ещё и метеорологию.
Профессор, заведующий кафедрой физиологии растений Санкт-Петербургского университета. Основоположник петербургской школы физиологов растений; автор первого отечественного учебника по физиологии растений (1887). Основные труды Фаминцына связаны с фотосинтезом и обменом веществ в растениях. В докторской диссертации "Действие света на водоросли и некоторые другие близкие к ним организмы" (1866) Фаминцын впервые доказал, что процесс ассимиляции CO2 и образование крахмала в зелёных клетках водорослей могут происходить не только при естественном дневном свете, но и при искусственном освещении. Вместе с О. В. Баранецким (1867) показал сложную природу лишайников и впервые выделил из лишайников зелёные клетки (гонидии), установив тождество их со свободноживущими водорослями. Открыл симбиоз водорослей с радиоляриями. Развивал теорию симбиогенеза.
Окончил курсы офицеров при Михайловской артиллерийской академии (1853). Служил в Петербургском арсенале. Преподавал химию в Александровском лицее. Вместе с Н. Н. Соколовым основал и редактировал первый русский журнал по химии "Химический журнал" (1859--1860). С 1866 профессор химии в Санкт-Петербургском земледельческом институте. В связи со студенческими волнениями был арестован (1870) и выслан в Батищево (1871). Организовал рациональное хозяйство -- образцовое хозяйство на капиталистических началах со школой для подготовки "интеллигентных землевладельцев". Наблюдения и взгляды на экономические процессы в деревне изложил в "Письмах из деревни", публиковавшихся в журнале "Отечественные записки" в 1872--1882 (последнее 12-е письмо напечатано в "Вестнике Европы", 1887) и выдержавших несколько изданий.
В средней школе Иван Александрович учился в Петербурге. Окончив 2-ю Петербургскую гимназию первым учеником, он пренебрёг полученным им правом поступления в университет и следуя своему влечению и призванию, поступил в 1850 году в Горыгорецкий земледельческий институт, за два года до этого преобразованный в высшее учебное заведение. Иван Александрович окончил институт в 1854 году с выдающимися успехами и был оставлен при институте в качестве младшего помощника управляющего фермой. Одновременно ему было поручено преподавание "Общих понятий о природе" в низшей сельскохозяйственной школе при Горыгорецкой ферме. С этого времени начинается длительная и непрерывная деятельность Ивана Александровича как педагога, научного работника, агронома и общественного деятель в области сельского хозяйства.
В период с 1858 по 1860 гг. Иван Александрович находился в заграничной командировке, главная цель которой преследовала подготовка к профессорскому званию в академии, в ходе которой он посетил множество стран и передовых хозяйств далёкого заграничья. По возвращении из командировки, в октябре 1860 г. Иван Александрович Стебут был назначен младшим профессором Горыгорецкого земледельческого института. В институте И. А. Стебут развил энергичную педагогическую и научно-исследовательскую деятельность. Здесь впервые И. А. Стебут применил в своём преподавании метод собеседования со студентами, который, по свидетельству его учеников, и позднее в Петровской академии привлекал к нему горячие симпатии аудитории. На опытном поле института он начал и свою научную работу, охватившую в дальнейшем все важнейшие вопросы земледелия второй половины девятнадцатого века.