Родился 16 ноября 1975 г. в г. Кемерове.
В 1997 г. с отличием окончил Кузбасский государственный технический университет им. Т. Ф. Горбачева по специальности "экономика и управление на предприятии" с присвоением квалификации "инженер-экономист". В 2021 г. прошел обучение в Московской школе управления "Сколково" по программе профессиональной переподготовки "Обучение команд, управляющих проектами развития городов".
Выпускник т. н. школы губернаторов (2024). Программа подготовки кадрового управленческого резерва государственной службы была запущена в июне 2017 г. на базе Высшей школы государственного управления (ВШГУ) и подготовлена на основе программ Корпоративного университета Сбербанка, Московской школы управления "Сколково", РАНХиГС и Высшей школы экономики.
С 1997 по 1999 г. работал в администрации Кемеровской области в должности консультанта управления промышленности, транспорта и связи, советником первого заместителя губернатора по экономике промышленности.
В 1999-2000 гг. - внешний управляющим ОАО "Топкинский цемент".
В 2000-2003 гг. - 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, начальника управления городского развития.
В 2010-2011 гг. - первый заместитель главы, 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 того же года. В сентябре 2021 г. Кемеровский горсовет одобрил кандидатуру Ильи Середюка на пост главы Кемерова на новый срок.
С 23 сентября 2022 г. был первым заместителем губернатора - председателем правительства Кемеровской области. С 14 мая 2024 г. исполнял обязанности губернатора региона в связи с переходом руководителя области 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.
8 сентября 2024 г. был избран губернатором Кемеровской области - Кузбасса на прямых выборах. За него проголосовали 78,38% избирателей (баллотировался от "Единой России"). Второе место на выборах заняла кандидат от ЛДПР, депутат регионального заксобрания Мария Городештян (7,18%). 12 сентября того же года Илья Середюк официально вступил в должность.
Член Государственного совета РФ.
Имеет награды Кемеровской области, в том числе медали "За служение Кузбассу", "За особый вклад в развитие Кузбасса" I, II и III степеней.