Выдающийся российский учёный в области биологии, иммунологии и патологии, один из пионеров эволюционной эмбриологии, Илья Ильич Мечников родился 15 мая 1845 года (3 мая по старому стилю) в селе Ивановка Харьковской губернии Российской империи, которое сейчас входит в состав Харьковской области Украины. В 1856 году он поступил сразу во второй класс второй Харьковской гимназии и окончил её с золотой медалью.
Одновременно с гимназией посещал лекции по сравнительной анатомии и физиологии в Харьковском университете (ныне Харьковский национальный университет имени В. Н. Каразина), естественный факультет которого сдал экстерном в возрасте 19 лет, пройдя программу всего за два года.
В 1866 году Илья Мечников защитил магистерскую диссертацию, посвящённую стадиям развития моллюска Sepiola, а через два года, в 1868, получил докторскую степень за работу о ракообразных Nebalia. По окончании университета за отличные достижения он получил стипендию для стажировки в ведущих научных лабораториях Германии, включая работы зоолога и паразитолога Рудольфа Лейкарта, анатома и патолога Фридриха Генле и зоолога Карла Зибольда.
Главное направление исследований молодого учёного — эмбриология средиземноморских беспозвоночных и насекомых. В Италии он сотрудничал с одним из основателей эволюционной эмбриологии Александром Ковалевским.
Опубликовав совместные научные результаты, они стали первыми обладателями премии Бэра, учреждённой Петербургской Академией наук. Уже в 1865 году, занимаясь изучением планарий (представителей плоских червей), Мечников открыл процесс внутриклеточного пищеварения.
С помощью методов эмбриологии он доказал общность происхождения позвоночных и беспозвоночных животных, исследовал базовые механизмы эмбрионального развития организмов, находящихся на разных этапах эволюционного развития.
Вместе с Ковалевским он стал одним из ведущих исследователей в области эмбрионального развития беспозвоночных. В 1867 году в Одессе Мечников получил звание приват-доцента Новороссийского университета (ныне Одесский национальный университет имени И. И. Мечникова).
В период 1868–1870 годов работал доцентом в Санкт-Петербургском университете, а с 1870 по 1882 годы занимал позицию ординарного профессора и руководителя кафедры зоологии и сравнительной анатомии в Новороссийском университете.
В знак несогласия с политикой руководства университета он ушёл в отставку. В 1872–1874 годах организовал три антропологические экспедиции в Калмыцкие степи, а также проводил исследования за пределами России, в морских биологических станциях Италии и других стран.
Илья Мечников лично столкнулся с инфекционными заболеваниями: в феврале 1881 года он ввёл себе кровь больного тифом, после чего тяжело заболел, но сумел выздороветь.
Существуют предположения, что он также экспериментировал с вакцинацией против чумы и других болезней, однако точных подтверждений этих фактов нет. К 1882 году относится зарождение его фагоцитарной теории, а также возрастающий интерес к проблемам иммунологии и воспалительных процессов.
Мечников был тем, кто впервые выдвинул и обосновал идею о том, что специализированные клетки, способные поглощать чужеродные частицы, играют ключевую роль в защитных процессах организма.