Родился в 1981 году в Киеве. После переезда в Санкт-Петербург обучался в Хоровом училище имени Глинки, затем в Санкт-Петербургской государственной консерватории имени Н. А. Римского-Корсакова (класс хорового дирижирования Валерия Борисова, класс оперно-симфонического дирижирования Владислава Чернушенко, под руководством которого в 2011 году окончил аспирантуру СПбГК). В годы учебы работал хормейстером Государственной академической капеллы Санкт-Петербурга, был дирижером Театра оперы и балета Санкт-Петербургской консерватории. В 2007 году выиграл конкурс на должность художественного руководителя и главного дирижера Дальневосточного академического симфонического оркестра в Хабаровске, который возглавлял в течение пяти лет. С этим коллективом исполнил все симфонии и инструментальные концерты Бетховена (к 240-летию со дня рождения композитора). В 2012–2018 гг. – дирижер хора и симфонического оркестра Госкапеллы Санкт-Петербурга.

В 2018–2021 гг. – художественный руководитель и главный дирижер Ульяновского государственного академического симфонического оркестра «Губернаторский», с которым выступал в залах Московской, Рязанской и Нижегородской филармоний, на фестивалях «На родине П. И. Чайковского» в Ижевске и Воткинске, «Летние вечера в Елабуге», «Кремлевские вечера» в Рязани и других, представил ряд премьер сочинений современных композиторов.

Сотрудничал с оркестром театра «Новая опера» имени Е. В. Колобова, Государственным симфоническим оркестром Республики Татарстан, камерным ансамблем «Солисты Москвы», симфоническими оркестрами Екатеринбурга, Новосибирска, Омска, Красноярска, Томска, Иркутска, Самары, Саратова, Петрозаводска, Рязани, Ижевска и другими. Выступал с известными солистами – Дмитрием Хворостовским, Дмитрием Коганом, Юрием Башметом, Борисом Березовским, Николаем Луганским, Денисом Мацуевым, Вадимом Руденко, Екатериной Мечетиной, Рэмом Урасиным, Константином Емельяновым, Никитой Борисоглебским, Сергеем Догадиным, Андреем Барановым, Борисом Андриановым, Александром Раммом, Игорем Фёдоровым, Екатериной Лёхиной, Полиной Шамаевой, Олесей Петровой и другими.

В сентябре 2021 года Илья Дербилов возглавил Вятский симфонический оркестр имени В. А. Раевского.