Творчий і науковий шлях великого наукового діяча починається на Україну, де в 1845 році біля Харкова, він з’явився на світ, ставши вже п’ятою дитиною в сім’ї. Ще в дитинстві проявився інтерес хлопчика до природи. Може бути, поштовхом до цього послужив учитель старшого брата, студент-медик.
Шкільна освіта Іллі почалося відразу з другого класу, але незабаром, закинувши нецікаві предмети, він захопився природничими науками. Вже в п’ятому класі він став учасником наукового гуртка, а через рік перевів книгу Груві «Взаємодія фізичних сил». Наступним кроком в його науковій кар’єрі було написання критичної статті на підручник з геології.
Ще в школі Ілля Мечников був частим гостем на лекціях в Харківському університеті. Це дозволило йому зробити висновок, що продовження навчання буде більш вигідним в Європі. І після закінчення гімназії з відзнакою, він вирушає до Німеччини, в Вюрцбургской університет. Але через деякий час повертається, будучи здивованим холодним прийомом і байдужістю, і надходить все-таки до Харкова.
Саме в цьому періоді Мечников вперше зіткнувся з теорією Дарвіна. Книгу про природний добір він привіз із Франції і, кілька разів перечитавши її, написав рецензію з декількома критичними зауваженнями. У 1863 році він заявив про своє бажання бути відрахованим з Харківського університету. Настільки дивний вчинок швидко порозумівся – незабаром Мечников самостійно освоїв всю навчальну програму і здав екстерном усі іспити.
Наступний рік молодий вчений присвятив експедиції на острів в Північному морі. Там він вивчав різні форми морських тварин і налагоджував контакти з ученим світом. За намовою знаменитого ботаніка Кона Мечников влаштувався на роботу до не менш відомому зоолога Лейкарта. Про свої дослідження він успішно заявив на з’їзді вчених у Гиссеном, в 1964 році. Талант юного вченого не залишився непоміченим. Завдяки Н.І. Пирогову він отримав стипендію і разом з тим можливість повністю присвятити себе науці, залишивши турботи про прожиток.
Ілля Ілліч працює в лабораторії Лейкарта, роблячи кілька важливих відкриттів з життя круглих черв’яків, пізніше він перебирається в Неаполь, де присвячує себе ембріології, працюючи з Ковалевським. На той момент 22-х річний вчений вперше стикається з проблемою з очима. Цей біль в очах не переставала заважати його роботі все життя. Підсумками цих праць стали премія Бера, отримана в 1865 році, і захищена у 1867 році дисертація про ембріональний розвиток риб і ракоподібних.
Отримавши докторський ступінь Мечников почав викладацьку діяльність у Петербурзькому університеті. Нудьгуючи в галасливому місті, він часто проводив час з друзями. Саме там він і познайомився зі своєю майбутньою дружиною Людмилою. Дівчина була хвора на туберкульоз, і наступні чотири роки після весілля всі сили і гроші Мечникова йшли на безрезультатну боротьбу з її хворобою. Після смерті дружини вченому було дуже важко прийти в себе, та й проблеми із зором не давали відволіктися за допомогою науки. Він намагався покінчити з собою, але безуспішно.
У 1870 році Мечников перебирається до Одеси, де читає студентам зоологію. Через п’ять років він знову закохується й одружується на студентці. Дівчина була молодша за нього на 13 років. Через деякий час молода дружина хворіє черевним тифом і Мечников у відчай і страх знову залишитися самотнім вдівцем вводить собі бактерію поворотного тифу. Але подружжя вижили, а на вченій хвороба позначилася мало не благотворно: його зір покращився.
У 1881 році Мечников подає у відставку. Це був своєрідний протест проти політичних репресій. Переїхавши до Італії і поселившись в Мессіні, він продовжує займатися наукою і незабаром робить відкриття, що змінило багато його погляди. Вивчаючи личинки морських зірок, він виявив блукаючі клітини, названі ним фагоцитами, які поглинали чужорідні тіла. Здійснивши декілька досліджень і провівши паралель із людським організмом, він відкрив явище «фагоцитоз». Це було першим кроком до побудови ним пізніше стрункої теорії про імунітет.
У 1886 році вчений знову повертається до Одеси, де проводить дослідження і очолює першу в Росії бактеріологічну станцію, яка займається розробкою вакцин проти сказу, холери, сибірської виразки. Однак багато дорікали вченого у відсутності медичної освіти, через що йому довелося знову виїхати за кордон.
Деякий час Ілля Ілліч жив у Німеччині, але в 1888 році Луї Пастер допоміг йому створити лабораторію в Парижі. До кінця життя вчений працював там, досліджуючи фагоцитоз і впорядковуючи теорію про імунітет. Він багато писав. Це були як статті, так і повноцінні книги. Він намагався довести, що людина може жити набагато довше, ніж це відбувається зараз. Саме Мечников є винахідником сучасного йогурту. Він вважав, що кисломолочні продукти здатні відчутно продовжити життя.