Родился в семье малоруского происхождения, его отец был управляющим слободы Даниловка, где и родился будущий писатель, доверенным лицом помещиков Ефремовых. Мать была дочерью даниловского священника Дионисиева. Даниил был самым младшим ребенком в семье. У него было три брата и сестра. Отец умер рано, когда Даниилу не исполнилось и года.
Первым учителем пятилетнего Даниила, стал слободской дьячок Федор Листов. Он обучал ребенка по старославянским книгам, которые в изобилии водились в доме Мордовцевых. По воспоминаниям старожилов, отец писателя, «был хохол старого закала, начетчик, любитель древней письменности и обладатель обширной старинной библиотеки»[1].
Учение легко давалось Даниилу, в семь лет он сочинил первые стихи. Сильное впечатление оказала на будущего писателя случайно найденная книга, «Потерянный рай» Мильтона, которую Даниил выучил наизусть почти полностью. В девять лет Мордовцева отправили в станицу Усть-Медведцкую, в местное окружное училище, которое он закончил в 14 лет с похвальным листом.
В августе 1844 года поступил во второй класс саратовской гимназии. Здесь он знакомится с Александром Николаевичем Пыпиным, а через него с двоюродным братом Пыпина Н. Г. Чернышевским. Гимназию Мордовцев закончил в 1850 году.
По окончании гимназии он поступает в казанский университет на физико-математический факультет. Но пораженные познаниями Мордовцева в гуманитарных науках преподаватели советуют ему поступить на историко-филологический. Даниил Лукич следует этому совету. Он обучается под руководством профессора Григоровича Виктора Ивановича, известного в то время слависта. Пыпин уговаривает своего друга перевестись в Санкт-Петербургский университет. Мордовцев переводит на украинский язык «Краледворскую рукопись» и отсылает перевод преподавателю петербургского университета Измаилу Ивановичу Срезневскому, которому понравился перевод и он подержал прошение о переводе. В 1851 Мордовцев переводится на второй курс петербургского университета, который он закончил в 1854 году со степенью кандидата и уезжает в Саратов.
В том же году Мордовцев женится на Анне Никаноровне Пасхаловой. Она была старше писателя на семь лет и у нее уже было двое детей. В Саратове, Даниил Лукич тесно сблизился с сосланным туда Н.Костомаровым. 16 августа 1856 года Мордовцев назначен на пост начальника губернского стола с обязанностями переводчика, а так же стал редактором неофициальной части «Губернских ведомостей». Пользуясь возможностями предоставленными ему новой должностью Мордовцев собирает богатый материал по истории Саратовского края, который он публикует в «Губернских ведомостях». В 1859 году вместе с Костамаровом публикует «Малороссийский литературный сборник», куда попадают его произведения на украинском языке. В этом же году выходит его первый исторический рассказ «Медведицкий бурлак». Мордовцев заявляет о себе как историческом писателе. В 1864 году Мордовцев покидает Саратов из-за трений с новым губернатором князем В. А. Щербацким и уезжает с Петербург, где занимает должность младшего столоначальника в хозяйственном департаменте министерства внутренних дел. Но через три года вновь возвращается в Саратов и служит правителем дел в комиссии народного продовольствия, секретарем попечительного о тюрьмах комитета, младшим помощником правителя губернской канцелярии. В 1869 Мордовцева назначают правителем дел губернской канцелярии и секретарем статистического комитета. Издает в журнале «Дело» обличительные очерки под рубрикой «Накануне воли» о жизни крестьян и помещиков, чем вызывает неудовольствие начальства. Весной 1872 года губернатор М. Н. Галкин-Враской отправляет Мордовцева в отставку.
В 1872 году писатель перебирается в Петербург. Здесь в 1893 году он устраивается на службу в министерство путей сообщения.
В 1885 году кончает жизнь самоубийством приемный сын писателя Виктор Никандрович Пасхалов, вскоре умирает жена Мордовцева. Мордовцев оставляет службу и переезжает в Ростов-на-Дону. Он совершает ряд путешествий в Египет, Палестину, Францию, Италию и Испанию.
24 апреля 1905 года в Петербурге широко отмечалось пятидесятилетие литературного творчества писателя. Но петербургский климат плохо сказался на здоровье писателя в мае обострилась старая болезнь Мордовцева — воспаление легких. Он возвращается в Ростов, а оттуда на дачу брата в Кисловодске. Мордовцев полагал, что климат Кисловодска укрепит его здоровье. Но климат не помог писатель оставался прикованным к постели. 10 июля Даниил Лукич Мордовцев умер.
Его похоронили в Ростове-на-Дону, в фамильном склепе Мордовцевых, на Навоселовском кладбище.