Сын военно-морского врача, потомок древнего рода, Иван Яковлевич Билибин предполагал стать юристом и закончил полный курс юридического факультета Петербургского университета (1896-1900). Но одновременно занимался в Рисовальной школе Общества поощрения художников, в мастерской А. Ашбэ в Мюнхене, в школе М. К. Тенишевой у Ильи Ефимовича Репина. Уже исполнив первые работы для журнала (1899) и став в следующем году членом объединения "Мир искусства", он продолжал учебу вольнослушателем в мастерской И. Е. Репина в Академии художеств (АХ). Известность Билибину принесли иллюстрации к русским народным сказкам, издававшимся для детей: "Царевна-лягушка" (1901), "Василиса Прекрасная" (1902), "Марья Моревна" (1903). За ними последовали иллюстрации к другим сказкам, былинам, а также к сказкам Александра Сергеевича Пушкина, среди которых выделялись иллюстрации к "Вольге" (1904) и к "Сказке о золотом петушке" (1910). Русской сказочной теме художник посвятил все свое творчество, серьезно для того подготовившись: много ездил по России, особенно по Северу, с интересом изучал русское народное и декоративное искусство.

Билибин рано выработал свой графический стиль, основанный на тщательно прорисованном и подробном узорчатом контурном рисунке, расцвеченном акварелью. Стиль этот получил название "билибинский", сделался популярным и породил немало подражаний. Сам художник перенес его из иллюстраций к сказкам в журнальную и промышленную графику (открытки, рекламные плакаты, календари и пр.), а также в политическую карикатуру, которой занимался в годы первой русской революции. Его же он использовал и в своих театральных работах, тем более что Билибину предпочитали заказывать декорации к спектаклям на темы русских сказок или русской старины. Правда, первой его работой в театре были декорации к средневековому мираклю "Действо о Теофиле" (1907). Затем он оформил оперные спектакли "Золотой петушок" (1909) и "Садко" (1914) Николая Андреевича Римского-Корсакова, "Руслан и Людмила" Михаила Ивановича Глинки (1913) и стал признанным театральным художником.

В разгар революционных событий, осенью 1917 года, Билибин уехал из Петрограда в Крым, где владел участком земли, а в начале 1920 года ему удалось добраться до Египта. Он жил сначала в Каире, потом в Александрии - оформлял балетные спектакли для труппы Анны Павловой, делал эскизы росписей для православного храма. В 1925 году переехал в Париж, где интенсивно работал - оформил 10 спектаклей, среди которых наибольшую известность приобрели оперы "Сказка о царе Салтане" (1929) и "Сказание о граде Китеже и деве Февронии" (1934) Н. А. Римского-Корсакова, "Князь Игорь" Александра Порфирьевича Бородина, "Борис Годунов" Модеста Петровича Мусоргского (обе 1930), а также иллюстрировал народные сказки, в том числе и французские. В 1936 году Билибин вернулся на родину и был хорошо принят. Он получил место профессора графической мастерской Института живописи, скульптуры и архитектуры (ИЖСА) в Ленинграде, в 1939 году стал доктором искусствоведения. Тогда же художник оформил спектакли "Сказка о царе Салтане" (1937) и "Полководец Суворов" (1939), выполнил иллюстрации к роману Алексея Николаевича Толстого "Петр I" (1937) и к "Песне про купца Калашникова" Михаила Юрьевича Лермонтова (1939). В первую же блокадную зиму в Ленинграде Билибин умер от голода.