Иван Дементьевич Черский 18-летним юношей принял участие в польском восстании 1863 г., за что был сослан в Сибирь и зачислен рядовым в Омский линейный батальон. Под влиянием А. Л. Чекановского, с которым он познакомился на этапе, а позже – Г. Н. Потанина он занялся геологией и зоологией.
В 1873—1875 гг. он исследовал Восточный Саян и Кузнецкий Алатау, с 1877 по 1881 г. детально изучил геологию берегов Байкала, а позже – Прибайкалья и положил начало современным знаниям о строении этой горной области Сибири. Представления об эрозионном развитии рельефа, «сложившиеся у него в стройную и научно обоснованную систему уже в 1877 г. и опубликованные в предварительных отчетах по изучению берегов Байкала, позволяют считать Черского, наряду с П. А. Кропоткиным, основоположником геоморфологии» (С. Обручев).
Работы эти принесли ему известность. На основе нивелировки 1875—1876 гг. и собственных наблюдений от Байкала до Урала Черский в 1885 г. впервые выделил два главных типа рельефа: от Байкала до Оби – плоская возвышенность, от Оби до Урала – Западно-Сибирская низменность (название предложено Черским).
В 1891 г. Академия наук снарядила экспедицию для исследования Якутии, поставив во главе ее Черского. Весной он с женой Маврой Павловной Черской, зоологом экспедиции, и 12-летним сыном Александром, выполнявшим роль коллектора, выехали из Петербурга через Иркутск в Якутск. В пути Черский заболел и настолько ослаб, что его приходилось на руках поднимать в кибитку. Наотрез отказавшись отложить экспедицию, Черский в Якутске снарядил караван, прошел обычным, Колымским, путем через южную часть Верхоянского хребта в Оймякон, на Индигирке, и исследовал Оймяконское плоскогорье.
Оттуда Черский двинулся на северо-восток и перевалил сравнительно высокий (до 2341 м) хребет Тас-Кыстабыт (длина около 175 км), простирающийся, как он установил, на северо-запад. Он собрал первые расспросные сведения о значительной вершине в верховьях р. Сунтар (бассейн Индигирки) и правильно решил, что она имеет особое значение для орографии района (советские исследователи открыли здесь крупный хребет Сунтар-Хаята). Затем Черский пересек Нерское плоскогорье в бассейне Неры (восточного притока Индигирки), пересек еще две горные цепи того же северо-западного простирания – Улахан-Чистай и «Томус-хай» (теперь Момский хребет, длина 470 км, вершина 2533 м), продолжив, таким образом, открытие большого водораздельного пространства между системами Индигирки и Колымы, начатое Г. Сарычевым. Черского удивил спокойный ландшафт этого Индигиро-Колымского водораздела, представляющего «систему широких и очень пологих долин, нередко без следов террас...». Он назвал их «вымирающими». Перевалив Момский хребет, он вышел к Верхнеколымску в сентябре 1891 г. и здесь зимовал.
В конце зимовки болезнь Черского резко обострилась. «При самых лучших условиях, — писал он, — я надеюсь протянуть еще недели три, но больше – вряд ли». Несмотря на все увеличивающуюся слабость, смертельно больной Черский в июне 1892 г. начал сплав по Колыме на двух карбасах, продолжая геологическое изучение берегов реки. Его дневник представляет значительный интерес не только как поденные записи одного из первых естествоиспытателей, проникших в отдаленный район страны, «но и как трагический документ самоотверженной работы бесстрашного и непреклонного в достижении своих научных целей исследователя и его не менее мужественной жены» (С. Обручев). С 20 июня записи вела М. П. Черская, а через пять дней Черский скончался. Его похоронили на левом берегу Колымы, против устья Омолона (в 1943 г. там поставлен памятник).
Подтверждение И. Черским указания Г. Сарычева о северо-западном простирании хребтов картографы вновь не приняли во внимание, и на картах по-прежнему изображались те же северо-восточные цепи с добавлением трех хребтов, обнаруженных И. Черским. (Открытия обоих исследователей удалось завершить лишь в советский период.)