Прадед Фёдор Мережко служил войсковым старшиной в Глухове. Дед Иван Фёдорович в последних годах XVIII века, в царствование императора Павла I, приехал в Петербург и в качестве дворянина поступил младшим чином в Измайловский полк. «Тогда-то, вероятно, и переменил он свою малороссийскую фамилию Мережко на русскую — Мережковский», — писал Мережковский о своём деде. Из Петербурга Иван Фёдорович был переведён в Москву и принимал участие в войне 1812 года. Его женой стала Елизавета Васильевна Курбская, потомок знаменитого княжеского рода. В семье Мережковских было шестеро сыновей и три дочери. Дмитрий, младший из сыновей, поддерживал тесные отношения лишь с Константином, впоследствии известным биологом.