Родился 16 ноября 1975 года в городе Кемерово. Окончил среднюю школу № 84.
В 1997 году получил диплом КузГТУ с отличием, окончив университет по специальности “Экономика и управление на предприятии” с присвоением квалификации “Инженер-экономист”.
В 1999 году Арбитражным судом Кемеровской области назначен внешним управляющим ОАО «Топкинский цемент».
С 2000 по 2003 год работал заместителем директора по экономике, директором по финансам и экономике КОАО «Ортон».
С 2003 по 2006 год возглавлял управление промышленности и потребительского рынка администрации Кемерова, затем стал заместителем главы по городскому развитию.
В 2010 году покинул мэрию и занял должность в Кемеровском муниципальном районе, где вскоре был избран главой. Спустя пять лет, в 2015-м, стал заместителем губернатора Кузбасса по агропромышленному комплексу, природным ресурсам и экологии.
С весны 2016 года, после ухода с должности мэра Кемерова Валерия Ермакова, Илья Середюк занял эту должность в статусе исполняющего обязанности, а осенью того же года впервые был избран главой, будучи выдвинутым от «Единой России».
18 сентября 2016 года в единый день голосования за его кандидатуру отдали свои голоса 78,57 % кемеровчан, пришедших на избирательные участки. 30 сентября 2016 года состоялась инаугурация Ильи Середюка.
В сентябре 2021 года после отмены в Кузбассе в 2019 году прямых выборов мэров, горсовет одобрил кандидатуру Ильи Середюка, и он стал главой Кемерова на второй срок.
19 сентября 2022 года получил назначение в Правительство Кузбасса, а 20 сентября депутаты Кемеровского горсовета приняли отставку мэра Ильи Середюка по собственному желанию.
23 сентября 2022 года назначен на пост первого заместителя губернатора – председателя правительства Кемеровской области.
15 мая 2024 года назначен временно исполняющим обязанности губернатора Кемеровской области.
11 июня 2024 года региональное отделение «Единой России» выдвинуло Илью Середюка кандидатом на выборы губернатора Кемеровской области. Такое решение приняли по результатам праймериз.
В сентябре 2024 года избран главой Кемеровской области.
Женат, воспитывает двоих сыновей и дочь.