Илья Ермолов родился в семье военного в маленьком Латвийском городке Елгава, затем семья переехала в Брест, где и прошли его школьные года. По его словам, актером кино он твердо захотел к 17 годам, но по настоянию мамы, несколько лет отучился на историческом факультете заочного отделения Брестского университета.
Одновременно работал - в его трудовой биографии был опыт и грузчика на рынке, и слесаря - ремонтника, и официанта. Первая попытка покорить столичные театральные ВУЗы закончилась неудачно. Вернулся в Брест и год отработал в местном театре осветителем. Вторая попытка оказалась более чем успешной - одновременно он прошел и в Щепкинское училище и во ВГИК. "Наверное, в Брестском театре я заглотил театральную бациллу, что как-то и повлияло на успех.", - признается актер.
Выбрал он все же Щепкинское, так как посчитал, что там более сильная актерская школа. После окончания училища был принят в труппу "ТЮЗа", где отработал несколько лет. В кино карьеру начал с эпизода в сериале "Три дня лейтенанта Кравцова", в 2011 году. После нескольких небольших ролей, в 2014 году он уже сыграл уже одну из центральных ролей в сериале "Лесник" , а позднее и в его продолжении.
Уже в 2015 году впервые снялся в главной роли в комедии "Москва, я терплю тебя", после чего был ряд главных ролей в мелодраматических сериалах. А в 2013 году на съемках фильма "Сын отца народов" о судьбе Василия Сталина, где у него была небольшая роль, он встретился с актрисой Мариной Ворожищевой. Она играла роль первой жены главного героя.
На съемочной площадке у них завязались романтические отношение, позднее перешедшие в брак. Примечательно, что они родились в соседних республиках (Марина родом из Вильнюса), школьные годы провели в Белоруссии - Илья в Бресте, а Марина в Минске, но встретились на съемочной площадке в Москве. А совсем недавно они стали счастливыми родителями сына.
Недавно актер попробовал себя в качестве сценариста и режиссера. Он снял свой дебютный фильм "Худрук" с Юрием Стояновым в главной роли. Востребован он и как актер - в производстве сейчас находятся сразу несколько проектов, где он исполняет главные роли.