Родился 16 марта 1975 г. в Риге (Латвийская ССР, ныне Латвийская Республика). Его отец - Петр Ильич Воробьев (род. 1949) - известный хоккеист и тренер. В 1980-х гг. он входил в тренерский штаб рижского "Динамо", в начале 1990-х гг. тренировал московское "Динамо", в 2010-х гг. возглавлял ярославский "Локомотив".
Карьера игрока
Илья Воробьев является воспитанником рижского "Динамо", его игровая позиция - центральный нападающий. В 1992 г. провел несколько матчей за московское "Динамо".
В 1993 г. в составе сборной России стал серебряным призером юниорского чемпионата Европы (проходил в Польше), в 1995 г. - серебряным медалистом молодежного чемпионата мира (состоялся в Канаде).
В 1993-1999 гг. выступал в чемпионате Германии за клуб "Франкфурт лайонс". Затем представлял немецкие команды "Крефельд пингвин" (1999-2001) и "Адлер Мангейм" (2001-2003). В 2002 г. в составе "Адлер Мангейм" стал серебряным медалистом первенства Германии.
В 2003-2005 гг. Илья Воробьев выступал в чемпионате России за команду "Лада" (Тольятти). В 2005-2006 гг. представлял клуб "Металлург" (Магнитогорск), в составе которого стал бронзовым призером чемпионата страны.
В 2006-2007 гг. играл за подмосковный клуб "Химик", в 2007-2010 гг. вновь выступал в Германии за "Франкфурт лайонс". В 2010 г. завершил карьеру игрока.
Тренерская деятельность
В 2011 г. Илья Воробьев дебютировал в качестве тренера в молодежном клубе "Локо" (дочерняя команда ярославского "Локомотива"). После авиакатастрофы 7 сентября 2011 г., в которой погиб почти весь состав "Локомотива" (клуб выступал в Континентальной хоккейной лиге, КХЛ) стал тренером этого возрождаемого клуба (первоначально возобновил выступления в Высшей хоккейной лиге - второй по силе после КХЛ).
В 2012 г. Илья Воробьев вошел в тренерский штаб магнитогорского "Металлурга", выступавшего в КХЛ. В октябре 2015 г. сменил на посту главного тренера этого клуба канадца Майка Кинэна. Под руководством Воробьева "Металлург" в 2016 г. стал обладателем главного трофея КХЛ - Кубка Гагарина. В 2017 г. "Металлург" вновь вышел в финальную серию Кубка Гагарина, но уступил санкт-петербургскому СКА.
В ноябре 2017 г., после неудачного начала сезона КХЛ 2017/2018 гг., покинул пост главного тренера "Металлурга".
С 2016 г. Илья Воробьев входил в тренерский штаб сборной России (в 2014-2018 гг. главным тренером был Олег Знарок). 12 апреля 2018 г. президент Федерации хоккея России (ФХР) Владислав Третьяк сообщил, что в мае 2018 г. на чемпионате мира в Дании Олег Знарок выступит в качестве консультанта. Обязанности главного тренера на турнире исполнял Илья Воробьев. Под его руководством сборная России дошла до четвертьфинала, где уступила канадцам.
1 июня 2018 г. Илья Воробьев сменил Олега Знарка в качестве главного тренера санкт-петербургского СКА (Знарок руководил этим клубом с 2016 г.). В тот же день он официально стал главным тренером сборной России, заключив с ФХР контракт на два года с возможностью продления еще на два года. В июле 2019 г. Илья Воробьев покинул посты в СКА и сборной России.
С сентября 2019 г. по апрель 2023 г. Илья Воробьев вновь тренировал магнитогорский "Металлург". В 2022 г. клуб под его руководством вышел в финальную серию Кубка Гагарина, но уступил столичному ЦСКА.
В сезоне 2024/2025 гг. Илья Воробьев являлся главным тренером ЦСКА (Москва).
Награды
Илья Воробьев награжден орденом Дружбы (2018).