อิลียา อิลยิช เมชนิคอฟเกิดที่หมู่บ้านอิวานอฟกา ใกล้กับเมืองคาร์คิฟในปี ค.ศ. 1845 เป็นบุตรคนเล็กจากทั้งหมด 5 คนของอิลียา อิวาโนวิช เมชนิคอฟและเอมิลียา ลวอฟนา (เนวาโควิช)[5] เมชนิคอฟเรียนที่โรงเรียนในเมืองคาร์คิฟและเริ่มสนใจด้านชีววิทยา เขาพยายามจะเรียนต่อด้านชีววิทยาที่มหาวิทยาลัยเวือร์ซบูร์ก แต่เนื่องจากมหาวิทยาลัยยังไม่เปิดภาคเรียนจึงย้ายไปเรียนด้านวิทยาศาสตร์ธรรมชาติที่มหาวิทยาลัยคาร์คิฟ หลังเรียนจบจากมหาวิทยาลัย เมชนิคอฟเดินทางไปเยอรมนีเพื่อศึกษาสิ่งมีชีวิตบนเกาะเฮลโกลันด์ในทะเลเหนือ เขาได้รับคำแนะนำให้ไปทำงานกับรูดอล์ฟ ลิวคาร์ตที่มหาวิทยาลัยกีสเซิน ที่นั่นเมชนิคอฟค้นพบวงจรชีวิตแบบสลับของนีมาโทดาและค้นพบการย่อยระดับเซลล์ของทรีมาโทดา ต่อมาเขาย้ายไปที่เมืองเนเปิลส์เพื่อทำดุษฎีนิพนธ์ แต่ต้องย้ายไปที่มหาวิทยาลัยเกิททิงเงินเนื่องจากเกิดโรคระบาด ในปี ค.ศ. 1867 เมชนิคอฟกลับไปที่รัสเซียเพื่อรับปริญญาเอกจากมหาวิทยาลัยเซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก เขาได้รับการแต่งตั้งให้ทำงานที่มหาวิทยาลัยอิมพีเรียลนอวอรอสซียา (ปัจจุบันคือมหาวิทยาลัยโอเดสซา) แต่ด้วยวัยเพียง 22 ปีทำให้เขามักมีปัญหากับเพื่อนร่วมงานที่มีอายุมากกว่า เมชนิคอฟจึงถูกย้ายไปที่มหาวิทยาลัยเซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก แต่ในปี ค.ศ. 1870 เขาย้ายกลับมาที่โอเดสซาเพื่อรับตำแหน่งศาสตราจารย์ด้านสัตววิทยาและกายวิภาคเปรียบเทียบ[6][7][8] เมชนิคอฟลาออกในปี ค.ศ. 1882 แล้วตั้งห้องปฏิบัติการของตัวเองแต่ไม่สำเร็จ เขาเดินทางไปที่ปารีสเพื่อขอคำแนะนำจากหลุยส์ ปาสเตอร์ แต่ปาสเตอร์มอบตำแหน่งงานในสถาบันปาสเตอร์ให้เมชนิคอฟ ซึ่งเขาทำงานอยู่ที่นั่นจนกระทั่งเสียชีวิตด้วยภาวะหัวใจวายในปี ค.ศ. 1916[9]

ด้านชีวิตส่วนตัว เมชนิคอฟแต่งงานครั้งแรกกับลุดมิลา ฟีโอดอโรวิตช์ในปี ค.ศ. 1863 แต่เธอเสียชีวิตด้วยวัณโรคในอีก 10 ปีต่อมา[10] ในปี ค.ศ. 1875 เขาแต่งงานใหม่กับโอลกา เบลอโกพีโตวา[11] เมชนิคอฟเป็นอเทวนิยม[12]