Был третьим из четырех сыновей в семье банковского служащего. После окончания технической школы (1913) несколько раз менял место работы и профессию, работал в чертёжном бюро, на телефонной станции, на военном заводе. После Октябрьской революции Одесса находилась под властью Деникина, работы не было и Илья Ильф устраивается в газету сначала бухгалтером, а затем пробует себя в журналистике.

После разгрома Деникина и установления в Одессе советской власти писатель был сотрудником Югроста и газеты "Моряк", редактором юмористического журнала "Синдетикон". Вместе с , положившее начало их сотрудничеству. Первой значительной совместной работой стал роман «Двенадцать стульев» (1928), принесший Ильфу и Петрову известность. Несмотря на читательский успех, советская критика приняла роман довольно прохладно. Еще до выхода в печать соавторам пришлось значительно сократить роман из-за цензуры, правки продолжались и после выхода книги в свет, в итоге она сократилась почти на треть. В 1931 году вышло продолжение «Двенадцати стульев» - роман «Золотой теленок», также завоевавший большую популярность. Все это время Ильф продолжает работать как журналист, пишет в осиновом фельетоны, большей частью в соавторстве с Евгением Петровым. Также в соавторстве ими написан ряд киносценариев. В 1935-36 годах Ильф и Петров совершают поездку по США, результатом становится книга «Одноэтажная Америка». Во время путешествия у Ильи Ильфа обостряется туберкулез, которым он был болен еще со времен тяжелой, полуголодной Одесской юности, и в 1937 году писатель скончался.