Родился 11 марта 1966 г. в Московской области.
В 1988 г. окончил Московский государственный институт международных отношений МИД СССР (ныне - МГИМО МИД РФ).
Работал в посольствах РФ на Маврикии, в Кении и США.
В Центральном аппарате МИД занимал должности в Департаменте Африки и Департаменте международных организаций, где до последней загранкомандировки был начальником отдела и затем заместителем директора.
В 2011-2012 гг. – заместитель директора Департамента международных организаций МИД РФ.
С 2012 г. являлся заместителем по политическим вопросам, с 2014 по 2018 г. – первым заместителем постоянного представителя РФ при ООН. С 2006 г. этот пост занимал Виталий Чуркин, который скоропостижно скончался 20 февраля 2017 г. С 26 июля 2017 г. постпредство России в ООН возглавил Василий Небензя.
С 24 февраля 2017 г. по 26 июля 2017 г. Петр Ильичев исполнял обязанности постоянного представителя РФ при ООН и представителя РФ в Совете безопасности ООН в Нью-Йорке (США).
С 8 февраля 2018 г. – директор департамента международных организаций МИД России.
Чрезвычайный и полномочный посланник I класса (2018).
Награжден медалью ордена "За заслуги перед Отечеством" II степени (2021).
Владеет английским и французским языками.