По отцовской линии Илья Ильич Мечников происходил из старинного молдавского боярского рода, идущего от Юрия Стефановича Милеску-Спафария [1][2][3][4][5], внука энциклопедиста и полиглота Николая Милеску-Спафария, уехавшего в Россию из Молдавии с князем Дмитрием Кантемиром в 1711 после неудачного военного похода Петра I и Кантемира против турок в Дунайских княжествах.[6][7] Фамилия «Мечников» — это калька молдавского Спэтару, или «spadă are», «имеющий меч», «мечник»: уже сын Юрия Стефановича в России поменял фамилию Спэтару (Спафарий) на Мечников.

Мать Ильи Ильича Мечникова — Эмилия Львовна Невахович — дочь известного еврейского публициста и просветителя Лейба Нойеховича (Льва Николаевича) Неваховича (1776—1831), считающегося основателем т. н. русско-еврейской литературы (см. его книгу «Вопль дщери иудейской», СПб., 1803).[8]. Братья Эмилии Невахович: Михаил Львович Невахович (1817—1850) — карикатурист, издатель первого в России юмористического сборника «Ералаш» (СПб., 1846-49); Александр Львович Невахович (1819—1880) — драматург, заведующий репертуарной частью Императорских театров.

Старший брат И. И. Мечникова — Лев Ильич Мечников — швейцарский географ и социолог, анархист, участник национально-освободительного движения в Италии