Ilya Ilyich Mechnikov lahir 16 Mei 1845, dekat Kharkoff di
Russia. Dia anak seorang pengawal kekaisaran, yang juga pemilik tanah di
Ukraina. Ibunya, née Nevakhowitch, adalah seorang Yahudi. Mechnikov
sekolah di Kharkoff dan ketika masih bocah, ia sudah memiliki ketertarikan pada
ilmu sejarah alam. Dia sering mengajarkan hal ini pada adik-adiknya dan
anak-anak lain. Saat itu, ia tertarik pada botani dan geologi. Selepas sekolah,
dia melanjutkan ke Universitas Kharkoff untuk belajar ilmu pengetahuan alam.
Dia belajar sangat keras, sehingga mampu merampungkan kuliah hanya dalam waktu
dua tahun, dari yang seharusnya empat tahun. Lulus dari Kharkoff, awalnya dia
melanjutkan studi ke Heligoland untuk mempelajari Phewan bawah laut, kemudian
ke Universitas Giessen. Dia bekerja di bawah pengawasan Leuckart. Lalu, dia
bekerja di Universitas Göttingen dan Munich Academy. Ia bekerja di laboratorium
milik von Siebold. Saat berada di Giessen, pada 1865 dia menemukan proses
pencernaan intraseluler pada salah satu cacing. Temuannya ini mempengaruhi
penelitian-penelitiannya di kemudian hari. Di Naples, dia mempersiapkan thesis
untuk gelar doktor mengenai perkembangan embrionik ikan sotong Sepiola
dan Crustacean Nelalia.
Pada 1867, dia kembali ke Rusia dan ditunjuk sebagai dosen di Universitas
Odessa. Dari sana, dia menerima pekerjaan yang sama di Universitas St.
Petersburg. Pada tahun 1870, dia ditunjuk sebagai profesor ilmua zoologi dan
anatomi komparatif di Universitas Odessa.
Di St. Petersburg, ia bertemu istri pertamanya, Ludmilla Feodorovitch, yang
menderita tuberkulosis berat, hingga harus dibawa dengan kursi roda ke gereja
pada saat pernikahan. Selama lima tahun, Mechnikov melakukan yang dia bisa
untuk menyelamatkan istrinya. Tapi, akhirnya, istrinya meninggal pada 20 April
1873.
Duka yang mendalam atas kematian istri, ditambah penglihatannya yang mulai kabur dan masalah jantung dan berbagai masalah di universitas, membuat Mechnikov menjadi sangat pesimis dan mencoba bunuh diri dengan menelan opium dalam jumlah besar. Untungnya, dia bisa diselamatkan.
Di Odessa, ia bertemu dengan istrinya yang kedua, yang dinikahinya pada 1875. Pada 1880, istri keduanya mendapat serangan demam tifoid. Kesehatan Mechnikov sendiri kian memburuk. Kali ini dia memutuskan untuk menyelamatkan istrinya dan menghindari rasa malu dengan melakukan penelitian ilmiah. Dia menyuntik dirinya dengan virus penyebab demam, untuk mencari tahu apakah penyakit ini ditularkan melalui darah. Serangan demam yang terjadi secara berulang sangat berat, tapi tidak sampai membunuhnya.
Pada 1882, setelah sembuh dari penyakitnya, Mechnikov mengundurkan diri dari Odessa karena banyaknya masalah yang timbul di universitas tersebut pasca pembunuhan Alexander II. Ia kemudian pergi ke Messina untuk melanjutkan penelitian pada embriologi komparatif di sebuah laboratorium pribadi. Di sanalah ia menemukan fenomena fagositosis. Temuannya ini didapatkan ketika mengamati larva bintang laut, sel-sel bergerak yang mungkin, ia pikir, merupakan bagian dari sistim pertahanan dari organisme ini. Untuk menguji pemikirannya, dia memberikan bintang laut itu sedikit duri dari suatu pohon jeruk keprok yang telah dipersiapkan, sebagai pohon natal untuk anak-anaknya.
Pagi harinya, dia menemukan duri tersebut sudah dikelilingi oleh sel-sel yang bergerak tersebut. Berdasar pemahamannya bahwa ketika terjadi inflamasi pada hewan yang memiliki sistim vaskuler, leukosit dilepaskan dari pembuluh darah. Ia kemudian berfikir bahwa leukosit mengambil dan mencerna bakteri yang masuk ke dalam tubuh.
Saat kembali ke Odessa, Mechnikov menyempatkan diri mengunjungi Vienna dan menjelaskan pemikirannya pada Claus, professor zoologi. Claus menganjurkan penggunaan kata fagosit untuk sel-sel yang bergerak tersebut. Akhirnya pada 1883, Mechnikov menyampaikan tulisan pertamanya mengenai fagosit ke Odessa. Temuan ini, selain penting dalam bidang imunologi, memiliki penaruh besar pada kehidupan Mechnikov sendiri. Temuan ini mengubah pandangannya. Dia mulai meninggalkan rasa pesimis dan bertekad menemukan bukti lebih jauh dari hipotesanya.
Dalam periode ini, Mechnikov telah ditunjuk sebagai direktur suatu institut yang didirikan pada 1886 di Odessa, untuk menjalankan pengobatan rabies dengan vaksin. Tapi, banyak yang menentang pengobatan ini. Mechnikov sadar, keadaan menjadi semakin buruk. Pada 1888, ia meninggalkan Odessa menuju Paris untuk meminta saran Louise Pasteur. Pasteur memberikan sebuah laboratorium dan jabatan di Institut Pasteur; disinilah ia menghambiskan sisa hidupnya. Selain meneliti fagositosis, Mechnikov memublikasikan berbagai tulisan mengenai embriologi invertebrata. Di Institut Pasteur di Paris, Mechnikov terlibat dalam penelitian untuk menguatkan teorinya mengenai imunitas seluler. Dia memublikasikan beberapa tulisan dan dua volume patologi inflamasi komparatif (1892), dan buku berjudul L’Immunité dans les Maladies Infectieuses (Imunitas pada Penyakit IOnfeksi, 1901). Pada 1908, ia bersama Paul Ehrlich dianugerahi hadiah Nobel di bidang fisiologi. Tahun 1913, Mechnikov menderita serangan jantung. Ia meninggal pada 16 Juli 1916.