Той е известен деец на националното движение на кримските татари, съветски правозащитник и дисидент. За своята „антисъветска дейност” е прекарал по затворите 15 години от живота си.

Мустафа Джемилев е роден на 13 ноември 1943 година в кримското село Бозкой, където родителите му са изселени от с. Ай Серез (сега Междуречие), Судакски регион на Кримска АССР.
На 18 май 1944 г., когато е на година и половина, е депортиран заедно с целия кримскотатарски народ, като семейството му попада в Узбекистан.

След като завършва училище през 1959 г., опитва да кандидатства в Източния факултет на Средноазиатския държавен университет в Ташкент, но не е приет с обосновката, че този факултет не приема кримски татари.

Работи в ремонтно-механичния завод в гр. Мирзачул като шлосер, стругар, електрошлосер, след това заминава за Ташкент, където работи като стругар в авиационния завод.

През 1961 г. заедно с приятели организира „Съюз на кримско-татарската младеж”.

През 1962 г. постъпва в хидромелиоративния факултет на Ташкентския институт по иригация, от който е изключен на третата година с обвинение за национализъм и антисъветски възгледи.

През май 1966 г. е осъден на година и половина затвор по формално обвинение за отказ да служи в съветската армия.
 
През 1969 г. става един от учредителите на „Инициативна група за защита на човешките права в Съветския съюз”.

През същата година е арестуван повторно. Неговото дело по обвинение за „изготвяне и разпространение на клеветнически документи срещу съветския държавен и обществен строй” е обединено с делата на арестуваните през май същата година Пьотр Григоренко и Иля Габай.

С решение на Ташкентския градски съд Джемилев и Габай са осъдени на по 3 години лишаване от свобода, а Григоренко е признат за психически невменяем и е изпратен за 5 години в специалната психиатрична клиника на МВР. В знак на протест против грубото нарушаване на човешките права в СССР Джемилев обявява 30-дневна политическа гладна стачка в Ташкентския следствен изолатор.

През септември 1972 г. е освободен от затвора, но се намира под административен надзор в Гулистан, където работи като инженер в местния совхоз.

След две години е арестуван отново и е осъден на 1 година лишаване от свобода в строгорежимен лагер по обвинение, че отказва да се яви на военен лагер за войници от запаса.

3 дни преди изтичането на срока на присъдата срещу него е заведено ново наказателно дело по обвинение за изготвяне на клеветнически документи срещу съветския строй и за антидържавна пропаганда сред лишените от свобода. В знак на протест Джемилев объявява гладна стачка, която продължава 303 дена, като през това време е хранен принудително със сонда.
 
През април 1976 г. на закрит съдебен процес е осъден от Омския областен съд на две и половина години лишаване от свобода в строго режимен лагер.
 
И този път един месец преди изтичането на срока на присъдата лагерната администрация прави опит да изфабрикува срещу него ново „дело”, но след 15-дневна протестна гладна стачка той е откаран под конвой в Ташкент и е освободен през декември 1977 г., като остава под административния надзор на МВР.

През февруари 1979 г. следва нов арест по обвинение за злостно нарушаване на правилата на административния надзор и е осъден на година и половина лишаване от свобода, които са заменени с 4 години изселване в Якутия. Процесът отново е бил закрит.

След изтичането на 4-годишния срок заминава със съпругата и детето си за Крим, но след три дни заедно със семейството си е изселен от Крим в Янгиюл, Ташкентска област под административния надзор на МВР. Работи като шлосер и общ работник.

През ноември 1983 година е арестуван за шести път. Присъдата е произнесена от Ташкентския областен съд - 3 години лишаване от свобода в строго режимен лагер по обвинение за „изготвяне и разпространение на документи срещу съветския държавен строй и неговата политическа система”, както и за организирането на масови безредици когато се опитва да погребе баща си в Крим. Присъдата си излежава в лагер „Уптар” в Магаданска област на РСФСР.

Пак малко преди изтичане срока на присъдата срещу Джемилев е заведено ново наказателно дело по член 188-1 от Наказателния кодекс на РСФСР („Злостно неподчинение на законните искания на администрацията на местата за лишаване от свобода”). На закрит лагерен процес през декември 1986 година е признат за виновен по член 188-1 от НК на РСФСР, но тъй като присъдата не предвижда продължаване на срока на лишаване от свобода, е осъден на 3 години условно с 5-годишен изпитателен срок и е освободен в съдебната зала.

През април 1987 г. на първия Всесъюзен конгрес на активистите на кримскотатарското национално движение е избран за един от 15-те членове на Централната инициативна група на Националното движение на кримските татари.
 
През 1989 г. Джемилев се завръща със семейството си в Крим, в гр. Бахчисарай.  Малко преди това той е избран за председател на Централния съвет на Организацията за Кримскотатарско национално движение.

През юни 1991 г. за пръв път от много години се събира представителният орган на кримските татари - Курултаят на кримскотатарския народ. Тогава е избран и президиума на тази организация - Меджлиса на кримскотатарския народ. За председател на Меджлиса е избран Мустафа Джемилев. Той остава на тази длъжност до ноември 2013 година.

През 1998 г. за своята правозащитна дейност  Мустафа Джемилев получава ежегодната награда на Върховния комисар на ООН за бежанците „Фритьоф Нансен”.

На 22 април 2014 година при напускането на Крим окупационните проруски власти връчват на Джемилев „Уведомителен акт за забрана за влизане в Руската федерация” /и съответно – в окупирания от РФ Крим – б.пр./ до 19 април 2019 година.

Мустафа Джемилев е депутат в украинската Върховна рада от 1998 г. и до днес, като никога не става член на никоя политическа партия.

 На 20 август 2014 година с указ на президента Петро Порошенко №657/2014 е назначен за пълномощен представител на президента на Украйна по въпросите, свързани с кримскотатарския народ.