Илья Ильич Мечников родился 3(15) мая 1845 года в отцовском имении Панасовка в деревне Ивановка, ныне Купянский район Харьковской области. По отцовской линии Илья Ильич Мечников происходил из старинного молдавского боярского рода. Его отец был гвардейским офицером, служил в Петербурге. Мать Ильи Ильича Мечникова — Эмилия Львовна Невахович, уроженка Варшавы —дочь известного еврейского публициста и просветителя Льва Николаевича Неваховича (1776—1831), считающегося основателем так называемой русско-еврейской литературы. Родителей познакомил брат Эмилии Львовны — сослуживец Ильи Ивановича. Илья был последним, пятым, ребенком в семье и четвёртым по счёту сыном. В семье Мечниковых, помимо четырёх сыновей, росла также дочь Екатерина. После проигрыша отцом в карты всего своего состояния и богатого приданова супруги обедневшие Мечниковы переехали в родовое имение.