Mechnikov lahir di sebuah desa di dekat Kharkov (kini Kharkiv, Ukraina). Ketika buku Charles Darwin, Origin of Species, diterbitkan, ia ingin sekali mempelajari teori evolusi.
Isteri pertamanya, Ludmilla Feodorovitch meninggal pada 1873 akibat menderita tuberkulosis. Kematiannya menyebabkan Mechnikov depresi dan kemudian ia mengonsumsi opium. ia menikah lagi pada 1875 dengan isteri keduanya, Olga. Olga menderita tifus pada 1880 dan kembali membuat Mechnikov depresi.
Ilya Ilyich Mechnikov.
Ia menjadi tertarik dengan penelitian mikrob, terutama sistem immun. Pada 1882, ia mundur dari jabatannya di Universitas Odessa dan membangun laboratorium pribadi di Messina untuk mempelajari embriologi perbandungan. Di sini ia menemukan fagositosis setelah meneliti larvabintang laut.Teorinya yang cukup radikal, ia menyatakan bahwa sel darah putih akan menghancurkanzat berbahaya seperti bakteri.
Pada 1888 ia pergi menuju Paris dan bertemu dengan Louis Pasteur. Mechnikov meneliti di Institut Pasteur hingga akhir hidupnya. Ia meninggal pada 1916 dan sempat menulis tiga buku: Immunity in Infectious Diseases, The Nature of Man, dan The Prolongation of Life: Optimistic Studies.