Il'ja Mečnikov nacque nella tenuta di Ivanovka, un villaggio vicino a Charkiv (oggi in Ucraina), il 16 maggio 1845. Fu il quinto figlio di un ufficiale delle Guardie Imperiali, Il'ja Ivanovič e di una donna bella e intelligente di nome Ėmilija L'vovna Nevachovič. La madre ebbe un rapporto molto intimo con i figli, diventandone la confidente e assecondandoli in tutti i loro interessi. Questo rapporto così confidenziale con lei, Il'ja in particolare, lo conserverà per tutto il resto della sua vita: non fece mai nulla senza prima consultare la madre e si scrissero diverse lettere quando lui era lontano da casa. Poco prima di morire, Ėmilija dirà di Il'ja che “"è stato la consolazione della sua vita"”.