Родился в Одессе. Его отец, Бенцион Пустыльник, погиб на фронте, семья была в эвакуации в Каракалпакии. Окончил школу в Одессе с серебряной медалью.
Окончил физико-математический факультет Одесского университета (1960), с 1962 года в аспирантуре ИАФА АН ЭССР. Защитил кандидатскую диссертацию в 1968 году в Тартуском университете, докторскую в 1994 году в СПбГУ. С 1965 года работал в Тартуской обсерватории.
Его работы связаны с изучением теории звездных атмосфер, межзвездной среды, античной астрономии и истории астрономии. Известна его книга об эстонском астрономе Э. Ю. Эпике, написанная в соавторстве с В. Бронштэном.
Редактор Центрально-Европейского журнала физики (Central European Journal of Physics), вице-президент общественной организации Euroscience Estonia. Член редакционной коллегии журнала «Астро» (издания Международного астрономического общества). Работал также экскурсоводом Тартуской обсерватории.
В честь Изольда Пустыльника назван открытый в 1984 году астероид.