W latach 1937-39 studiował w Akademii Sztuk Pięknych w Warszawie, w pracowni prof. Mieczysława Kotarbińskiego. Dyplom uzyskał w 1956 r. W latach 1944-46 uczestniczył w organizacji i pierwszych wystawach Związku Polskich Artystów Plastyków, w latach 1954-60 był prezesem sekcji malarskiej Związku w Warszawie. Związany był również z Wyższą Szkołą Teatralną i Filmową w Łodzi, gdzie pełnił funkcję dziekana Wydziału Operatorskiego, Wydziału Reżyserii, a także prorektora. W 1976 roku został mianowany profesorem nadzwyczajnym, a w 1990 profesorem zwyczajnym. Przez długi czas przebywał za granicą, wiele wystawiał w Stanach Zjednoczonych, Holandii, Belgii, Niemczech, między innymi na wystawie "The Selective Eye" w Grown Tower Gallery w Los Angeles (1970), gdzie obok prac J. Mierzejewskiego eksponowane były dzieła Picassa, Chagalla, Braque'a. Pod koniec lat 80. artysta powrócił na stałe do Polski. W 1997 był laureatem Nagrody im. J. Cybisa. W 2004 roku w Muzeum Narodowym w Warszawie odbyła się duża wystawa Mierzejewskich - Jerzego, jego brata, Andrzeja oraz ich ojca, Jacka. W 2006 roku Jerzy Mierzejewski otrzymał tytuł Doktora Honoris Causa PWSFTviT w Łodzi.