서울대학교 식물학과 학사 및 석사 과정을 마치고 미국 위스콘신-메디슨 대학 생화학 박사학위를 받았다. 그 후 세계적 생물학 연구기관인 소크 연구소에서 3년 동안 박사후연구원으로 있었다. 30년간 꽃을 공부해온 과학자로, 1993년 세계 최초로 개화유전자를 찾아 발표하였고, 이후 개화 유도 분야의 파이오니어로 활동해왔다. 현재 서울대학교 생명과학부 교수로 재직하고 있으며, 서울대학교에서 인문·사회계열 학생들도 생물학의 기본 개념을 쉽고 재미있게 이해하도록 「인문·사회계를 위한 생물학」 강의를 운영 중이다.

지은 책으로 『이일하 교수의 생물학 산책: 21세기에 다시 쓰는 생명이란 무엇인가?』(한국출판문화산업진흥원 우수출판콘텐츠 선정도서), 『이일하 교수의 식물학 산책: 사계절을 따라 읽는 식물이란 무엇인가?』가 있다.