Родился 15 (27) января 1891 года в Киеве в зажиточной еврейской семье. Его отец — Герш Гершонович (Герш Германович, Григорий Григорьевич) Эренбург — был инженером и купцом 2-й гильдии; мать — Хана Берковна (Анна Борисовна) Эренбург (урождённая Аринштейн, 1857—1918) — домохозяйкой. В 1895 году семья переехала в Москву, где отец получил место директора Хамовнического пиво-медоваренного завода. С 1901 года учился в 1-й Московской гимназии вместе с Н. И. Бухариным.
С 1905 года участвовал в революционной деятельности, присоединился к большевикам. В январе 1908 года был арестован, полгода провел в тюрьмах и освобождён до суда, но в декабре эмигрировал во Францию. Постепенно отошел от большевиков. В Париже занимался литературной деятельностью, вращался в кругу художников-модернистов, выпустил сборники «Стихи» (1910), «Я живу» (1911), «Будни» (1913), книгу переводов Ф.Вийона (1913).
В 1914—1917 годах был корреспондентом русских газет «Утро России» и «Биржевые ведомости» на Западном фронте. В 1917 году вернулся в Россию. Отрицательно восприняв победу большевиков (сборник стихов «Молитва о России», 1918), в 1921 году снова уехал за границу.
В 1921—1924 годах жил в Берлине, в 1922 опубликовал философско-сатирический роман «Необычайные похождения Хулио Хуренито и его учеников…», в котором дана интересная мозаичная картина жизни Европы и России времён Первой мировой войны и революции, но главное — приведён свод удивительных по своей точности пророчеств.
Десятилетия спустя японские писатели и журналисты всё пытались вызнать у Эренбурга: откуда он в 1922 году получил информацию о грядущей бомбардировке Хиросимы и Нагасаки?
И. Эренбург был пропагандистом авангардного искусства («А всё-таки она вертится», 1922). В 1923 году написал сборник рассказов «Тринадцать трубок» и роман «Трест Д. Е.». Эренбург был близок к левым кругам французского общества, активно сотрудничал с советской печатью. С 1923 года работает корреспондентом «Известий». Его имя и талант публициста широко использовались советской пропагандой для создания привлекательного образа сталинского режима за границей. С начала 1930-х годов постоянно жил в СССР и начал проводить в своих произведениях мысль «о неизбежности победы социализма». Выпустил романы «День второй» (1934), «Книга для взрослых» (1936).
Во время гражданской войны в Испании 1936—1939 годов Эренбург был военным корреспондентом «Известий»; выступал как эссеист, прозаик (сборник рассказов «Вне перемирия», 1937; роман «Что человеку надо», 1937), поэт (сборник стихов «Верность», 1941). После поражения республиканцев перебрался в Париж. После немецкой оккупации Франции укрылся в Советском посольстве.
В 1940 году вернулся в СССР, где написал и опубликовал роман «Падение Парижа» (1941) о политических, нравственных, исторических причинах разгрома Франции Германией во Второй мировой войне.
В годы Великой Отечественной войны был корреспондентом газеты «Красная звезда», писал для других газет и для Совинформбюро. Прославился пропагандистскими антифашистскими статьями и произведениями. Значительная часть этих статей, постоянно печатавшихся в газетах «Правда», «Известия», «Красная звезда», собраны в трёхтомнике публицистики «Война» (1942-44). В 1942 году вошёл в Еврейский антифашистский комитет и вёл активную деятельность по сбору и обнародованию материалов о Холокосте.
Илье Эренбургу принадлежит авторство лозунга «Убей немца!». Адольф Гитлер лично распорядился поймать и повесить Эренбурга. Нацистская пропаганда дала Эренбургу прозвище «Домашний еврей Сталина».
Впрочем, после статьи «Хватит!» в «Правде» в апреле 1945 года появилась статья заведующего Управлением пропаганды и агитации ЦК ВКП(б) Г. Ф. Александрова «Товарищ Эренбург упрощает».
Вместе с В. С. Гроссманом составил знаменитую Чёрную книгу о геноциде еврейского народа на территории СССР.
После войны выпустил дилогию — романы «Буря» (1946—1947) и «Девятый вал» (1950).
В 1948 году Голливуд выпускает в прокат фильм «The Iron Curtain» (режиссёр William Wellman, о побеге шифровальщика ГРУ Игоря Гузенко и советском шпионаже). 21 февраля того же года Эренбург в газете «Культура и жизнь» публикует статью «Кинопровокаторы», написанную по заданию министра кинематографии И. Г. Большакова.
Положение Эренбурга среди советских писателей было своеобразным — с одной стороны, он получал материальные блага, часто ездил за границу, с другой стороны был под контролем спецслужб и часто даже получал выговоры. Таким же двойственным было отношение властей к Эренбургу в эпоху Хрущёва и Брежнева.
После смерти Сталина написал повесть «Оттепель» (1954), которая дала название целой эпохе советской истории. В 1957 году вышли «Французские тетради» — эссе о французской литературе, живописи и переводы из Дю Белле. Автор мемуаров «Люди, годы, жизнь», пользовавшихся в 1960-е — 1970-е годы большой популярностью в среде советской интеллигенции. Эренбург познакомил молодое поколение со множеством «забытых» имен, способствовал публикациям как забытых (Цветаева), так и молодых (Слуцкий, Гудзенко) авторов. Пропагандировал новое западное искусство.
Скончался после длительной болезни 31 августа 1967. Проститься с писателем пришло около 15 000 человек.
Похоронен на Новодевичьем кладбище в Москве.