Илья Денисов родился 14 июня 1971 года в городе Владимир. С августа 1988 года по июнь 1992 года был курсантом Тольяттинского высшего военного строительного командного училища. Сразу после окончания учебы, с июня 1992 года по август 1992 года был в распоряжении командира Ленинградской военно-морской базы.
С августа 1992 года по март 1995 года был преподавателем-командиром взвода 132 военной школы младших специалистов Ленинградской военно-морской базы. С марта 1995 года по май 1996 года - начальник военной команды противопожарной защиты и спасательных работ войсковой части 40659. С июня по декабрь 1996 года - начальник караула-командир взвода 106 пожарной части (роты) УГПС Южного административного округа УГПС ГУВД города Москвы.
С декабря 1996 года по март 1998 года - инженер отделения службы и подготовки, с марта 1998 года по январь 2002 года - начальник 7 пожарной части, роты, с января 2002 года по апрель 2002 года - начальник 7 пожарной части, роты, с апреля 2002 года по март 2004 года - заместитель начальника отдела подготовки УГПС Южного административного округа УГПС ГУВД Москвы.
С марта 2004 года по январь 2005 года являлся заместителем начальника отдела организации подготовки и применения сил Управления ГОЧС Южного административного округа Москвы. С января по февраль 2005 года был заместителем начальника отдела организации подготовки и применения сил Управления по Южному административному округу Главного управления МЧС России по городу Москве.
С февраля 2005 года по июль 2008 года - заместитель начальника управления - начальник отдела организации подготовки и применения сил Управления по Южному административному округу Главного управления МЧС России по городу Москве. С июля 2008 года по декабрь 2010 года - заместитель начальника центра - начальник Управления организации службы, подготовки и применения сил ЦУКС МЧС России по городу Москве.
С декабря 2010 года по июнь 2011 года - начальник Управления пожарно-спасательных сил Главного управления МЧС России по городу Москве. С июня 2011 года по ноябрь 2012 года - заместитель начальника Главного управления - начальник Управления пожарно-спасательных сил Главного управления МЧС России по городу Москве. С ноября 2012 года по май 2015 года - заместитель начальника Северо-Западного регионального Центра МЧС России.
С мая 2015 года Денисов Илья Павлович занимает должность начальника Главного управления МЧС России по городу Москве.
Президент России Владимир Путин, 3 июля 2019 года назначил Илью Денисова заместителем министра по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий, освободив его от занимаемой должности.
Неоднократно принимал участие в ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций и тушении пожаров. Награжден медалями «За отвагу», «За спасение погибавших».