Родился 16 ноября 1975 г. в г. Кемерово в семье педагогов.
В 1997 г. с отличием окончил Кузбасский государственный технический университет (КузГТУ) по специальности "экономика и управление на предприятии".
Работал в администрации Кемеровской области в должности консультанта управления промышленности, транспорта и связи, затем - советником первого заместителя губернатора.
В 1999-2000 гг. - внешний управляющим ОАО "Топкинский цемент".
В 2000-2003 гг. - заместитель директора по экономике, затем директор по финансам и экономике Кемеровского ОАО "Ортон" (производитель геосинтетических материалов).
С 2003 по 2006 г. возглавлял управление промышленности и потребительского рынка администрации г. Кемерова, с 2006 г. занимал должность заместителя главы Кемерова по городскому развитию.
В 2011-2015 гг. - глава Кемеровского муниципального района.
В 2015-2016 гг. - заместитель губернатора Кемеровской области по агропромышленному комплексу, природным ресурсам и экологии.
В апреле 2016 г., после ухода с должности мэра Кемерова Валерия Ермакова, Илья Середюк был назначен и. о. главы города.
18 сентября 2016 г. был избран мэром Кемерова (выдвигался от "Единой России") с результатом 78,57% голосов избирателей. Вступил в должность 30 сентября 2016 г. В сентябре 2021 г. Кемеровский горсовет одобрил кандидатуру Ильи Середюка на пост главы Кемерова на второй срок.
В сентябре 2022 г. перешел на работу в правительство Кемеровской области.
С 23 сентября 2022 г. занимал пост первого заместителя губернатора - председателя правительства Кемеровской области. С 14 мая 2024 г. исполнял обязанности губернатора региона в связи с переходом главы региона Сергея Цивилева в правительство РФ на должность министра энергетики.
15 мая 2024 г. президент РФ Владимир Путин назначил Илью Середюка врио губернатора Кемеровской области - Кузбасса.
Имеет награды Кемеровской области, в том числе медали "За служение Кузбассу", "За особый вклад в развитие Кузбасса" I, II и III степеней.