Filho de Renato Ilari e Onorata Pelucce Ilari, Rodolfo Ilari nasce em 25 de outubro de 1943 em Biella (província de Vercelli), em Piemonte, na Itália.

Rodolfo Ilari realiza seus estudos no Ginnasio Superiore e Liceo Classico G. e Q. Sella. Ao final do Ginásio, em 1959, interrompe os estudos devido à mudança de sua família para o Brasil.

Sua primeira cidade no país é Mogi das Cruzes, na Grande São Paulo, onde retoma os estudos no Liceu Braz Cubas. Muda-se em seguida para Jundiaí, no interior de São Paulo, prosseguindo os estudos no Instituto de Educação Jundiaí. Nesta cidade, conhece Carlos Franchi e Maria Evangelina Villa Nova Soeiro, professores que o incentivam na escolha da universidade que faria e que marcam a sua formação.

Em 1963, Rodolfo Ilari ingressa no curso de Letras da Universidade de São Paulo (USP). Abandona, logo de início, a ideia de estudar literatura italiana, aproximando-se da "Cadeira de Francês". No ano seguinte, começa a dar aulas em cursos preparatórios do Grêmio da Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras, da USP, e no "Equipe Vestibulares", permanecendo nessas atividades até o ano de 1968.

Ilari naturaliza-se brasileiro em 9 de agosto de 1965. Em 1966, inicia as atividades de professor de Português, Latim e Francês em colégios estaduais de São Paulo, profissão que desempenhará por três anos.

Em 1967, gradua-se em Letras Neolatinas (Português e Francês), pela USP. Em seguida, torna-se instrutor na Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras "Nossa Senhora Medianeira" (Faculdades Anchieta), desempenhando essa função até 1969. Entre 1968 e 1969, faz especialização em Língua e Literatura Italiana, pela Faculdade de Filosofia, Letras e Ciências Humanas (FFLCH - USP). Nessa época, acompanha aulas de Roman Jakobson, também na USP. Nesse mesmo período, o Prof. Albert Audubert, na ocasião diretor do Centro de Estudos Franceses da USP, indica seu nome ao Prof. Fausto Castilho, o que resulta na vinda de Rodolfo Ilari para a Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP).

Em janeiro de 1970, já vinculado à UNICAMP, Rodolfo Ilari parte para a França ao lado de Carlos Franchi, Haquira Osakabe e Carlos Vogt, para estudar na Université de Besançon. No ano seguinte, obtém o título de mestre em Linguística, com a tese "Une introduction sémantique à la théorie du discours", orientada por Jean Peytard. Durante esse período, Ilari aproveita sua estadia na França e frequenta informalmente os cursos sobre fascismo de Max Gallo e Nicos Poulantzas, e acompanha as aulas do Prof. Oswald Ducrot, no College de France.

Quando retorna ao Brasil, em agosto de 1971, assume a direção do Centro de Linguística Aplicada. Em 1973, inicia o doutorado em Linguística, na UNICAMP, defendendo dois anos depois a sua tese "Propriedades de sentenças e contextos discursivos".

Em 1977, o departamento de Linguística é desmembrado do Instituto de Filosofia e Ciências Humanas (IFCH - UNICAMP) para formar o Instituto de Estudos da Linguagem (IEL - UNICAMP). Na ocasião, Rodolfo Ilari torna-se chefe do departamento de Linguística. Entre 1977 e 1979, é eleito presidente do Grupo de Estudos Linguísticos do Estado de São Paulo (GEL). Entre 1981 e 1983, realiza pós-doutorado no departamento de Linguística da Universidade da Califórnia, Berkeley. Nesse período, dá nova redação a sua tese de doutorado, transformando-a no livro publicado pela Editora da Unicamp em 1986 com o título "Estrutura funcional da frase portuguesa".

No período que se estende de dezembro de 1986 a julho de 1987, é professor convidado da Section de Portugais da Université de Bordeaux III, para ministrar cursos de cultura e literatura brasileira a alunos de pós-graduação. Em 1990, faz um estágio na Università di Roma, La Sapienza. Entre 1991 e 1995, é diretor do IEL - UNICAMP. Atua como professor da disciplina "Semântica da palavra", na Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais e na Universidade Estadual do Sul de Minas, entre 1995 e 2002. Em 1998, recebe o Prêmio Jabuti de tradução.

Em 1998, Rodolfo Ilari aposenta-se como professor titular em "Semântica e Pragmática das Línguas Naturais", permanecendo, no entanto, como professor colaborador voluntário junto ao IEL - UNICAMP. Entre 2007 e 2009, é professor titular de português no Instituto de Espanhol, Português e Estudos Latino-americanos da Universidade de Estocolmo.

Durante o período de 2009 a 2013 é editor da Revista da Associação Brasileiro de Linguística (ABRALIN). Ao longo de sua carreira acadêmica, tem publicado livros destinados ao ensino de graduação em Linguística, particularmente nas áreas de Linguística Românica, Semântica e Características do Português Brasileiro. Suas atividades também contemplam a tradução de diversas obras, a exemplo do "Breviário de Estética", de Benedetto Croce, e o "Dicionário de Linguística", de Trask.

Em 2015, Rodolfo Ilari recebe o título de Professor Emérito da UNICAMP.