Илья Ильич Мечников родился 15 мая 1845 года в живописной деревне Ивановка, расположенной неподалеку от Харькова. Его отец, Илья Иванович, офицер войск царской охраны в Санкт-Петербурге, еще до переезда в украинское поместье проиграл в карты большую часть приданого своей жены и имущества семьи. Мать Мечникова, в девичестве Эмилия Невахович, была дочерью Льва Неваховича, богатого еврейского писателя. Она всемерно способствовала тому, чтобы Илья, младший из пяти детей Мечниковых, избрал карьеру ученого.
Любознательный мальчик, с ярко выраженным интересом к истории естествознания, Илья блестяще учился в харьковском лицее. Статья с критикой учебника по геологии, которую он написал в 16 лет, была опубликована в одном из московских журналов. В 1862 году, завершив среднее образование с золотой медалью, Илья Мечников решил изучать структуру клетки в Вюрцбургском университете. Поддавшись настроению, он отправился в Германию, даже не узнав, что занятия начнутся лишь через шесть недель. Оказавшись один в чужом городе, без знания немецкого языка, юноша решил вернуться и продолжить образование на родине. Из Германии он привез русский перевод книги Чарльза Дарвина «Происхождение видов путем естественного отбора», опубликованный тремя годами ранее. Прочитав книгу, юноша стал убежденным сторонником дарвиновской теории эволюции.
В Харькове И. Мечников за два года прошел четырехгодичный университетский курс естественного отделения физико-математического факультета. Уже знакомый с биологическими особенностями строения представителей низших отрядов животного мира (червей, губок и других простых беспозвоночных), Мечников пришел к выводу, что, согласно теории Дарвина, в строении более высокоорганизованных организмов должны обнаруживаться черты сходства с низкоорганизованными, от которых они произошли. В течение трех следующих лет он углубился в изучение эмбриологии беспозвоночных, происходивших из различных регионов Европы. В 1864 году Илья Ильич работал на острове Гельголанд в Северном море, затем — в лаборатории Рудольфа Лейкарта в Гисене (возле Франкфурта-на-Майне), а в 1865 году переехал в Неаполь, где сотрудничал с молодым русским зоологом Александром Ковалевским. Их совместная работа, в которой они показали, что зародышевые листки многоклеточных животных являются гомологичными (демонстрирующими структурное соответствие), как и должно быть у форм, связанных общим происхождением, принесла им премию Карла Эрнста фон Баэра. Илье Мечникову к этому времени исполнилось всего 22 года. Тогда же, из-за чрезмерного перенапряжения, у него стали болеть глаза. Это недомогание беспокоило его пятнадцать последующих лет, не давая возможности самостоятельно работать с микроскопом.
В 1867 году Илья Мечников вернулся в Россию. В том же году он защитил диссертацию «История развития Sepiola» (на степень магистра зоологии), посвященную эмбриональному развитию рыб и ракообразных. После защиты Мечникова избрали доцентом кафедры зоологии Новороссийского университета в Одессе. Год спустя, в 1868-м, Илья Ильич защитил диссертацию «История развития Nebalia» (на степень доктора зоологии) и перешел на должность доцента Петербургского университета.
Личная жизнь Ильи Ильича, впрочем, была довольно драматичной, даже трагичной. В 1869 году он женился на Людмиле Федорович, уже болевшей туберкулезом. Детей у них не было. Когда (спустя четыре года) жена умерла, Мечников пытался покончить жизнь самоубийством, выпив морфий, но его удалось спасти.
В 1875 году, работая преподавателем Одесского университета, Илья Ильич познакомился с 15-летней студенткой Ольгой Белокопытовой, и женился на ней. Со второй женой у Мечникова тоже не было детей, однако после смерти родителей Ольги, друг за другом ушедших из жизни в течение года, супруги Мечниковы стали опекунами двух ее братьев и трех сестер. И вот — Ольга умирает от брюшного тифа. Мечников снова пытается свести счеты с жизнью, на этот раз посредством инъекции возбудителей возвратного тифа. Тяжело переболев, он, тем не менее, выздоровел. Причем болезнь поубавила в нем долю столь выраженного пессимизма и вызвала… улучшение зрения.
