1947 yılında Bregenz, Avusturya`da bir göçmen kampında Kırım Tatarı bir ailenin çoçuğu olarak dünyaya geldi. İlk ve orta öğrenimini İstanbul ve Ankara'da tamamladı. 1965'te Ankara Atatürk Lisesi'nden mezun oldu. Ankara Üniversitesi Siyasal Bilgiler Fakültesi (1968) ile Ankara Üniversitesi Dil ve Tarih Coğrafya Fakültesi Tarih bölümünü bitirdi. Viyana Üniversitesi'nde Slavistik ve Orientalistik okudu.
Yüksek lisans çalışmasını Chicago Üniversitesi'nde Prof. Halil İnalcık ile yaptı. Ankara Siyasal Bilgiler Fakültesi'nden "Tanzimat Sonrası Mahalli İdareler" adlı tezi ile doktora derecesi aldı (1978), "Osmanlı İmparatorluğu'nda Alman Nüfuzu" adlı çalışmasıyla da doçent (1979), 1989'da profesör oldu.
Viyana, Berlin, Paris, Princeton, Moskova, Roma, Münih, Strazburg, Yanya, Sofya, Kiel, Cambridge, Oxford ve Tunus üniversitelerinde misafir öğretim üyeliği yaptı, seminerler ve konferanslar verdi. Yerli ve yabancı bilimsel dergilerde 16. yüzyıl ila 19. yüzyılı Osmanlı tarihi ve Rusya tarihi ile ilgili makaleler yayınladı. 1989-2002 yıllları arasında Siyasal Bilgiler Fakültesi'nde İdare Tarihi Bilim Dalı Başkanı olarak görev yapmış, 2002 yılında Galatasaray Üniversitesi'ne, 2 yıl sonra Bilkent Üniversitesi'ne geçmiştir. Halen (2005) Topkapı Sarayı Müdürlüğü görevini de yürütmektedir. Şu anda Galatasaray Üniversitesi'nde tarih dersleri vermektedir
İlber Ortaylı, Uluslararası Osmanlı Etütleri Komitesi yönetim kurulu üyesi ve Avrupa İranoloji Cemiyeti üyesidir.
İlber Ortaylı, Türkçe, Osmanlıca, Kırım Tatarca, Arapça, Farsça, Almanca, Fransızca, İtalyanca, Latince, Yunanca, Rusça, Slovakça, Romence, Sırpça, Hırvatça ve Boşnakça bilmektedir.