Российский математик и механик, академик Петербургской АН (1830). Сформулировал общий вариационный принцип для неконсервативных систем. Труды по математическому анализу, математической физике, аналитической и небесной механике, гидромеханике, теории упругости, баллистике.
В 1816 году он поступил на физико-математическое отделение Харьковского университета. В октябре 1818 года Остроградский окончил Харьковский университет, а 1820 году он успешно сдал экзамены на звание кандидата наук. Однако ученой степени Остроградский не получил, и причиной тому послужила острая идейная борьба, развернувшаяся в Харьковском и других университетах России, вызванная наступлением реакции в последние годы царствования Александра I. Остроградский решает продолжить свои занятия в Париже под руководством выдающихся математиков Политехнической школы. Он приезжает туда в мае 1822 года. В Политехнической школе, Сорбонне, коллеж де Франс он слушает лекции знаменитых ученых В 1826 году русский ученый представил Парижской академии наук свою первую научную работу - "Мемуар о распространении волн в цилиндрическом бассейне". В 1824-1827 годах Остроградский представил еще несколько мемуаров.
В 1828 году он выехал в Россию. В дороге его обокрали, и ему пришлось от Франкфурта-на-Майне до Петербурга добираться пешком. Сразу же после прибытия Остроградского в Петербург началась его работа в Академии наук и педагогическая деятельность. В августе 1830 года его избрали экстраординарным, а через год - ординарным академиком по прикладной математике. В 1834 году он был избран членом Американской Академии наук, в 1841 году - членом Туринской академии, в 1853 году - членом Римской академии Линчей и в 1856 году - членом-корреспондентом Парижской академии. Наибольшее научное значение имеют его работы по теории теплоты. Остроградскому принадлежат исследования по методам интегрирования уравнений аналитической механики и разработке обобщенных принципов статики и динамики.
Мемуар Остроградского "О дифференциальных уравнениях, относящихся к задаче изопериметров", напечатанный в "Трудах" Петербургской академии наук в 1850 году, принадлежит в равной мере механике и вариационному исчислению. В силу такого подхода исследования Остроградского по механике развили понимание вариационных принципов, прежде всего, с математической точки зрения. Поэтому интегрально-вариационный принцип, сформулированный Гамильтоном, справедливо называется принципом Гамильтона-Остроградского.
В связи с исследованиями вопросов распространения тепла в твердом теле Остроградский получил формулу, вошедшую теперь во все учебники математического анализа под именем формулы Остроградского-Грина. Остроградский внес выдающийся вклад и в область математического анализа.
В разные годы Остроградский преподавал в Офицерских классах при Морском кадетском корпусе, был профессором Института корпуса инженеров путей сообщения, лучшего в то время технического учебного заведения страны. Он читал курс лекций на физико-математическом отделении Главного педагогического института. С 1841 года преподавал в Офицерских классах Главного артиллерийского и Главного инженерного училищ. Остроградский до конца своей жизни оставался профессором всех этих учебных заведений.
На основе составленных при участии и под руководством Остроградского учебных планов, программ и конспектов были составлены учебные руководства по математическим наукам для военно-учебных заведений. В 1852 году вышли в литографированном издании лекции по аналитической механике, которые читал Остроградский в Главном педагогическом институте. Также Остроградский написал несколько учебных пособий и трехтомное "Руководство начальной геометрии". Он был сторонником введения в старших классах средних школ идеи функции и начал анализа.