Из дворян. 16 августа 1782 записан в л.-гв. Преображенский полк подпрапорщиком. 1 января 1796 произведён в прапорщики.
Служил в этом полку до чина полковника, полученного 28 сентября 1800. В 1802 г. назначен инспекторским адъютантом к генералу от инфантерии графу Татищеву. В августе 1805 г. добился перевода в армию М.И.Кутузова, направленную на соединение с австрийцами, и был назначен вначале в Новгородский мушкетерский полк, а вскоре – в Нарвский мушкетерский полк. Принимал участие в сражении под Кремсом. В битве при Аустерлице его полк потерял более 80% личного состава, а раненый пулей в голову Мезенцев попал в плен к французам, где пробыл более двух лет.
По возвращении в Россию в начале 1808 г. служил сначала в Азовском, затем в Минском мушкетерском полках, командиром которого был назначен 3 июля 1808. Шефом Пермского мушкетерского полка назначен 22 июля 1808. Участвовал в войне со Швецией 1808—1809 гг., особенно отличившись в бою под Оровайсом, за что был 23 января 1809 удостоен ордена Св.Георгия 4-го кл.
За умелое руководство левым крылом войск в трёхдневных боях при Умео, Севаре и Ратане был награжден орденом Св.Владимира 3-й ст.
Отечественную войну 1812 г. встретил со своим полком в составе 15-й пехотной дивизии 1-го отдельного корпуса 1-й Западной армии. За мужество, проявленное в сражении под Клястицами, 18 октября 1812 был произведён в генерал-майоры. В бою за селение Головщицу был тяжело ранен пулей в голову и почти на год покинул действующую армию. За боевые отличия Пермский пехотный полк получил новые знамена взамен утраченных в бою под Револаксом в апреле 1808 г.
Летом 1813 г. Мезенцев вернулся в строй и возглавил 5-ю пехотную дивизию. Участвовал в боях под Лейпцигом, Бар-сюр-Обом, за Лабрессель, под Фер-Шампенуазом, за Роменвиль. Пермскому полку за отвагу, проявленную в сражении под Бар-сюр-Обом, 27 апреля 1814 были пожалованы знаки на кивера с надписью «за отличие».
После войны командовал 2-й бригадой 5-й пехотной дивизии, а 14 ноября 1817 назначен начальником 5-й пехотной дивизии. 2 января 1826 Мезенцев был уволен от службы за ранами с мундиром и пенсионом полного жалования и жил с семьей в С.-Петербурге, где скончался и был погребён в Троице-Сергиевой приморской пустыни.