Илья (Иехиел-Лейб) Файнзильберг родился 4(16) октября 1897 годa в Одессе третьим из четырёх сыновей в семье банковского служащего Арье Беньяминовича Файнзильберга (1863—1933) и его жены Миндль Ароновны (урожд. Котлова; 1868—1922), родом из местечка Богуслав Киевской губернии (семья переехала в Одессу между 1893 и 1895 годами). В 1913 окончил техническую школу, после чего работал в чертёжном бюро, на телефонной станции, на военном заводе. После революции был бухгалтером, журналистом, а затем редактором в юмористических журналах. Был членом Одесского союза поэтов. В 1923 приехал в Москву, стал сотрудником газеты «Гудок». Ильф писал материалы юмористического и сатирического характера — в основном фельетоны.
В 1927 с совместной работы над романом «Двенадцать стульев» началось творческое содружество Ильи Ильфа и Евгения Петрова (который также работал в газете «Гудок»). В 1928 году Илья Ильф был уволен из газеты из-за сокращения штата сатирического отдела, вслед за ним ушёл Евгений Петров. Вскоре они стали сотрудниками нового еженедельного журнала «Чудак»
Впоследствии в соавторстве с Евгением Петровым были написаны (см. Ильф и Петров):
В 1932 — 1937 годах Ильф и Петров писали фельетоны для газеты «Правда».
В 1930-е годы Илья Ильф увлекался фотографией. Фотографии Ильи Арнольдовича через много лет после его смерти случайно нашла дочь Александра Ильинична Ильф. Она подготовила к публикации книгу «Илья Ильф – фотограф». Фотоальбом. Около 200 фотографий, сделанных Ильфом и его современниками. Статьи А.И. Ильф, А.В. Логинова и Л.М. Яновской на русском и английском языках. — Москва, 2002.
Во время путешествия на автомобиле по американским штатам у Ильфа открылся давний туберкулёз, вскоре приведший к его кончине в Москве 13 апреля 1937 года.
Старшие братья И. Ильфа — французский художник-кубист и фотограф Сандро Фазини, также известный как Александр Фазини (Срул Арьевич Файнзильберг (Саул Арнольдович Файнзильбер), 23 декабря 1892, Киев — 1942, концлагерь Освенцим, депортирован 22 июля 1942 из Парижа с женой) и советский художник-график и фотограф Михаил (Мойше-Арн) Арьевич Файнзильберг, пользовавшийся псевдонимами МАФ и Ми-фа (30 декабря 1895, Одесса — 1942, Ташкент). Младший брат — Беньямин Арьевич Файнзильберг (10 января 1905, Одесса — 1988, Москва) — был инженером-топографом.