Ілля Іванович Залюбовський народився 15 червня 1929 року у Полтавській області.

У 1963–1965 роках очолював групу вчених, які займалися науковою роботою і підготовкою спеціалістів вищої кваліфікації в Атомному центрі Арабської Республіки Єгипет. У 1966 році захистив докторську дисертацію, з 1967 року — професор. У 1968 році брав участь у наукових дослідженнях та читав лекції в Манчестерській (раніше Резерфордівській) лабораторії в Англії. З 1965 року очолює кафедру експериментальної ядерної фізики, а з 1967 року — проректор з наукової роботи університету. Під керівництвом Іллі Івановича у Харківському національному університеті імені В. Н. Каразіна створено потужну експериментальну базу для розв’язання фундаментальних задач ядерної фізики, радіаційної фізики твердого тіла, радіаційного матеріалознавства, біофізики та медичної фізики, радіаційних випробувань та технологій, а також мікроаналізу речовини.

Іллі Залюбовському належить значна заслуга в організації та розвитку фізико-технічного факультету Харківського державного університету, першим деканом якого він був. Серед опублікованих І. І. Залюбовським наукових робіт, загальна кількість яких перевищує 400, є 5 монографій, підручник «Ядерна фізика» і єдиний в Україні навчальний посібник «Ядерна спектроскопія» для студентів університетів.

Учений заснував власну наукову школу, виховав сотні висококваліфікованих спеціалістів. Серед його учнів — 8 докторів та близько 40 кандидатів наук.

Ілля Іванович був членом комітету з Державних премій України, повноважним представником Уряду України в Об’єднаному інституті ядерних досліджень та віце-президентом Українського фізичного товариства, головою Ради проректорів з наукової роботи Міністерства освіти і науки України, головою Науково-експертної ради за фаховим напрямком «Фізика» відділення з питань науки Науково-методичної ради МОН України, головою фахової Ради з ліцензування та акредитації вищих закладів освіти України за природничими науками, членом наукових рад НАН України з ядерної фізики та фізики високих енергій, головою спеціалізованої ради із захисту докторських та кандидатських дисертацій в галузі фізики ядра та елементарних частинок, фізики та хімії плазми, головним редактором журналу «Ядра, частинки, поля», членом редколегії «Українського фізичного журналу».

Ілля Іванович Залюбовський — повний кавалер ордена «За заслуги», двічі лауреат державної премії України, відзначений багатьма почесними державними відзнаками.