Илья Романович Пригожин родился 25 января 1917 года в Москве в семье инженера-химика. Семья Ильи в 1921 году уехала из России, поселившись сначала в Германии, а с 1929 года – в Бельгии. Пригожин учился в школах Берлина и Брюсселя, поступив затем в Свободный университет в Брюсселе.

По окончании университета в 1942 году остался в нем работать, в 1945 году защитил докторскую диссертацию, а в 1947 году стал профессором. Основатель Брюссельской школы термодинамики профессор Теофил Дондер оказал ведущее влияние на выбор Пригожиным направления исследований. Пригожина заинтересовали неравновесные специфически открытые системы в термодинамике. Он внес существенный вклад в феноменологическую теорию необратимых процессов и термодинамику нелинейных необратимых процессов.

В 1947 году Пригожин ввел понятие производства энтропии и потока энтропии, дал локальную формулировку второго начала термодинамики и предложил принцип локального равновесия. Он сформулировал «теорему Пригожина» (в стационарном состоянии скорость производства энтропии в термодинамической системе минимальна); «критерий Пригожина» (производство энтропии для необратимых процессов в открытой системе стремится к минимуму), теорию диссипативных структур, объясняющих поведение систем, далеких от равновесия. Его идеи нашли применение в химии и биологии.

В 1977 году Илье Пригожину была присуждена Нобелевская премия по химии «за работы по термодинамике необратимых процессов, и прежде всего за создание теории диссипативных структур».

Он был также удостоен премии Сольве (1965), награжден медалью Аррениуса (1969), медалью Румфорда (1976) и др.

Умер Илья Пригожин 28 мая 2003 года в Брюсселе.