Netsjajev werd geboren in Ivanovo, destijds een kleine textielstad, uit arme ouders — zijn vader was bediende en schilderde verkeersborden. In zijn jeugd was hij zich al bewust geworden van de maatschappelijke ongelijkheid en zijn wrok jegens de plaatselijke adel. In 1865, op een leeftijd van 18 jaar, verhuisde Netsjajev naar Moskou, waar hij werkte voor de historicus Michail Pogodin. Een jaar later vertrok hij naar Sint-Petersburg, deed examen voor een onderwijsbevoegdheid en werd onderwijzer aan een parochieschool. Netsjajev volgde colleges aan de universiteit van Petersburg (zonder dat hij officieel ingeschreven was) en maakte onder andere kennis met de subversieve Russische literatuur van de Decembristen, de Petrasjevski-kring, en Michail Bakoenin, en daarnaast met de toenemende onrust onder de studenten aan de universiteit.