Ильяс Есенберлин родился в 1915 году в городе Атбасаре Акмолинской области. Его детство и молодость совпали с печально известными событиями 20-30 годов, когда весь народ пережил социальные потрясения, нищету, голод. Для Ильяса этот удар был вдвойне ощутим, так как он рано, в пять лет, остался круглым сиротой. Ильяса отдали в детский дом. Там будущий писатель писал стихи для стенгазет. После окончания начальной школы Ильяс уехал в Кызыл-Орду и стал учиться в интернате, затем устроился на работу в райисполком в городе Карсакпае. Летом в Карсакпай пришла разнарядка на курсы по подготовке в Горнометаллургический институт в Алма-Ате, и Ильяс стал студентом горного факультета. Он очень быстро стал заметным человеком в институте. Когда в 1937 году состоялся 1-й Чрезвычайный съезд Советов Казахстана, принимавший первую конституцию Казахской ССР, студент Есенберлин был избран делегатом этого съезда.
В 1940 году окончил Казахский горнометаллургический институт и его направили на работу в Джезказган, а осенью был призван в Красную Армию. Продолжил учебу в Рижском военно-политическом училище. Ушёл на фронт, в январе 1942 года тяжело ранен в ногу под Старой Руссой, год в госпитале в Костроме, в 1943 году комиссован по инвалидности и возвращается в Казахстан. Награждён двумя медалями — «За боевые заслуги» и «За оборону Ленинграда». До 1947 года работает инструктором в аппарате ЦК Компартии Казахстана. В конце войны Есенберлин женится на дочери расстрелянного в 1937 году наркома юстиции Хамзы Жусупбекова, привозит из АЛЖИРа тёщу, вдову репрессированного наркома. Тем самым попадает под колпак НКВД. И в 1949 году арестован и приговорён к 10 годам лагерей. Отбыл половину, которые провёл на строительстве Каракумского канала горным инженером по взрывным работам. По освобождении работает в Министерстве геологии Казахской ССР, затем начальником управления Берсугирской шахты. Если до ареста он писал стихи (поэмы «Айша» и «Султан» (1945) и сборник «Песни благородства» (1949), то потом перешёл на прозу («Повесть о человеке» (1957), «На берегу реки» (1960). С 1958 года — редактор сценарно-редакционной коллегии киностудии «Казахфильм», с 1962 года — редактор Казгослитиздата, с 1967 года — директор издательства «Жазушы», затем секретарь правления Союза писателей Казахстана (1971—1975). С 1975 года уходит на творческую работу, результатом которой стало 15 романов за 16 лет.
С 1945 года Есенберлин публикует сборники стихов и поэм. Позже пробует себя в драматургии — пьеса «Борьба в горах» ставится в Республиканском театре юного зрителя. Переводит с русского на казахский произведения К. Д. Ушинского.
Пишет ряд соцреалистических романов: «Схватка» (1966) — о казахстанских инженерах (Государственная премия Казахской ССР 1968 года), «Опасная переправа» (1967) — о становлении советской власти в Казахстане, «Влюблённые» (1968).
Потом переходит на историческую тематику: три романа "Хан Кене (1969), "Заговоренный меч (1971) и «Отчаяние» (1973), составившие знаменитую трилогию «Кочевники», охватывающую события в казахской степи с XV по середину XIX века: формирование казахского народа, сложные взаимоотношения с Джунгарией, Китаем, Хивой, Бухарой, Российской империей.
Потом были еще романы «Прикрой своим щитом» (1974) — о первоцелинниках, «Золотые кони просыпаются» (1976), «Мангистауский фронт», «Завещание» (оба ?1978), «Дальние острова» (1983), «Праздник любви» и «Радость белых лебедей» (оба ?1984). Книга из трех романов под общим названием «Лодка, переплывшая океан», в которой повествуется о нравах казахской интеллигенции, долго не издавалась и вышла, как и ряд других, только после смерти писателя.
В 1979—1983 гг. писатель пишет трилогию «Золотая Орда», состоящую из романов «Шестиглавый Айдахар», «Шесть голов Айдахара» и «Гибель Айдахара» (Айдахар с казахского — дракон), повествующую об истоках казахской нации.
Книги писателя переведены на многие языки и изданы миллионными тиражами. Исторические романы Есенберлина являются значимым событием в культуре Казахстана.
До Есенберлина в казахской литературе практически не было книг об истории народа. Дилогия Мухтара Ауэзова «Путь Абая» описывала жизнь казахского общества в XIX веке. А о кочевниках Великой Степи домонгольской эпохи, времен Чингисхана и Золотой Орды, о становлении в 15 — 16 веках Казахского ханства и его многолетней борьбе с Джунгарией, о периоде присоединения казахских степей к России прочитать было негде. Сам писатель вспоминал: «Задумал трилогию „Кочевники“ я еще в 1945 году. В 1960-м приступил к работе над тремя романами. Причина такой затяжной подготовки проста: исторический материал требует усидчивости и предельной пунктуальности автора». В 1969 году вышел первый роман «Кахар» («Хан Кене» в переводе на русский) о последнем казахском хане Кенесары. Через два года — «Алмас Кылыш» («Заговорённый меч»), ещё через два — третий роман «Жанталас» («Отчаяние»). Все вместе они составили знаменитую историческую трилогию «Кошпендiлер» («Кочевники») в переводе Мориса Симашко, за что переводчик получил Госпремию Казахской ССР имени Абая 1986 года. Это целая эпопея о становлении и жизни казахского народа. Трилогия была представлена на соискание Государственной премии СССР 1980 года, но коллеги из Союза писателей Казахстана написали подмётное письмо на автора в Комитет и книгу отложили в сторону.
Роман «Кочевники», впервые вышедший как трилогия в 1976 году, впоследствии был издан только на русском языке 12 раз общим тиражом 1,5 млн экземпляров, всего — на 30 языках мира 50 раз общим тиражом около 3 млн экземпляров (данные на 2005 год). Обложку к переизданному в 2004 году роману создал известный казахский художник Есенгали Садырбаев. Президент Казахстана Нурсултан Назарбаев сказал о романе следующее: «Центральное место в творчестве Ильяса Есенберлина занимает знаменитая трилогия „Кочевники“, которую отличают эпический размах, динамизм действия, живые и неповторимые образы выдающихся деятелей казахской истории, точный и выразительный язык». Позже он написал предисловие к английскому изданию книги — «The Nomads» (1998).
По мотивам эпопеи в 2005 году был выпущен исторический фильм «Кочевники».