Роден е в семейството на гвардейския офицер Иля Иванович Мечников и Емилия Лвовна Невахович-Мечникова, на 3 май (15 май) 1845 г., в село Ивановка, Двуречански район на Харковска област, Украйна. По бащина линия произхожда от старинен молдовски болярски род, произлизащ от Юрий Стефанович Милеску-Спафарий [2][3][4][5][6], внук на енциклопедиста и полиглот Николай Гаврилович Спафарий, дошъл в Русия от Молдова с княз , Дмитрий Кантемир, през 1711 г., след неуспешния военен поход на Петър I и Кантемир против турците в Дунавските княжества.[7][8] Фамилия „Мечников“ произлиза от превода от румънски на фамилията „Спетару“, или „spadă are“ – „имащ меч“, така синът на Юрий Стефанович, пристигайки в Русия, променя фамилията Спетару (Спафарий) на Мечников. Майка му, Емилия Невахович, е с еврейски произход.
Излиза в оставка в знак на протест против реакционната политика в областта на просвещението, осъществявано от царското правителство. Организира частна лаборатория в Одеса, а по-късно (1886 г., съвместно с Николай Федорович Гамалей) – първата руска бактериологична станция за борба с инфекциозните заболявания.
Научните трудове на Мечников се отнасят към редица области в биологията и медицината. В периода 1866 – 1886 г. Мечников работи в сферата на сравнителната и еволюционна ембриология, като по-късно е (заедно с Александр Ковалевски) сред основоположниците на това направление. Представя оригинална теория за произхода на многоклетъчните животни.
Пощенска марка от СССР, посветена на И. И. Мечников, 1991, със стойност 15 копейки
