М. С. Гиляров родился 22 февраля (6 марта) 1912 в городе Киев.
В 1933 году окончил Киевский государственный университет, где учился под руководством зоолога, специалиста в области сравнительной анатомии позвоночных профессора М. М. Воскобойникова. Рецензентом дипломной работы был выдающийся эволюционист, профессор (впоследствии академик) И. И. Шмальгаузен.Работал в сельскохозяйственных учреждениях на Украине.
В 1936 году переехал в Москву.
В 1938—1944 годах руководил Отделом защиты растений Всесоюзного института каучуконосов.М. С. Гиляров основал советскую почвенную зоологию, рождением которой считается 1939 год, когда в журнале «Почвоведение» были опубликованы две его статьи: «Почвенная фауна и жизнь почвы» и «Влияние почвенных условий на фауну почвенных вредителей» .
В 1944—1955 старший научный сотрудник, с 1955 заведующий лабораторией почвенной зоологии института эволюционной морфологии и экологии АН СССР; одновременно (1949—1978) профессор Московского педагогического института им. В. И. Ленина.
В 1947 году стал доктором биологических наук. Был главным редактором «Журнала общей биологии» , «Биологического энциклопедического словаря» (М.: Советская энциклопедия, 1986/1989).Меркурий Сергеевич Гиляров скончался 2 марта 1985 года в Москве. Похоронен на Новодевичьем кладбище.Могила на Новодевичьем кладбище