Основоположник эволюционной эмбриологии, иммунологии и микробиологии, Мечников родился 15 мая 1845 года в селе Ивановка, Харьковской губернии. Семья ученого происходит из знатного Украины-молдавской рода.
Среднее образование получил в Харьковской гимназии, которую закончил с золотой медалью, а высшее - на физико-математическом факультете Харьковского университета. С подросткового возраста он интересовался наукой и уже в возрасте 18 лет опубликовал первую научную статью, которая распространилась Германией. Защитил магистерскую диссертацию и вскоре стал доктором зоологии в 1868 году.
Благодаря его деятельности было открыто и исследовано явление фагоцитоза и изобретено методы предотвращения распространения инфекций. Самым громким событием в карьере Мечникова было основание в Одессе первой бактериологической станции в стране в сотрудничестве с Николаем Гамалией. К эмиграции во Францию его подтолкнуло патриотической проукраинской позиции ученого.
Работая в Пастеровском институте во Франции, Мечников изучал понятие "геронтологии", тем самым введя новую науку. Илья Ильич был удостоен Нобелевской премии в области физиологии и медицины. В 1886 году он ненадолго вернулся в Одессу для возглавления Бактериологического института, однако должен вновь покинуть Российскую империи в связи с жалобами об отсутствии у него медицинского образования.
Мечников стал почетным доктором Кембриджского университета, членом Французской и Петербургской академий наук, основателем российской школы эпидемиологов, микробиологов и иммунологов и области экспериментальной морфологии.
Умер Илья Мечников в Париже 15 июля 1916, пережив несколько инфарктов миокарда. Урна с его прахом хранится в Пастеровском институте.