Der Ilm-Kreis entstand mit der Verwaltungsreform des Freistaates Thüringen am 01.07.1994 aus den Landkreisen Arnstadt (außer Gemeinde Crawinkel) und Ilmenau, der Gemeinde Gehlberg des Landkreises Suhl sowie den Gemeinden Bechstedt-Wagd (heute Ortsteil von Kirchheim) und Rockhausen des Landkreises Erfurt. Verwaltungssitz ist die Stadt Arnstadt. Das Landratsamt Arnstadt hat eine Außenstelle in Ilmenau.

Historisch (Betrachtungszeitraum bis 1918) ist das Territorium überwiegend aus mehreren thüringischen Kleinstaaten hervorgegangen. Fürstentum Schwarzburg-Sondershausen (Arnstadt und Umgebung mit Plaue und Wipfratal sowie der im Thüringer Wald gelegene Teil um Gehren, Langewiesen und Großbreitenbach), Herzogtum Sachsen-Coburg-Gotha (westlicher Teil mit Ichtershausen, der Wachsenburggemeinde, Gossel, Liebenstein, Frankenhain, Gräfenroda, Geschwenda, Geraberg und Gehlberg), Großherzogtum Sachsen-Weimar-Eisenach (Ilmenau und Stützerbach), Fürstentum Schwarzburg-Rudolstadt (Stadtilm, Ilmtal, Witzleben, Bösleben-Wüllersleben sowie Wildenspring und Böhlen im Thüringer Wald) und Herzogtum Sachsen-Meiningen (kleineres Territorium um Riechheim, Ortsteil von Elleben). Zwei Areale, zum einen um Rudisleben, und zum anderen mit Schmiedefeld am Rennsteig und Frauenwald, waren dem Königreich Preußen (Provinz Sachsen) zuzuordnen.

Von 1922 an gab es im Land Thüringen einen Landkreis und einen Stadtkreis Arnstadt. Der preußische Teil verblieb im preußischen Regierungsbezirk Erfurt.

1952 wurden die Kreise Arnstadt und Erfurt-Land (zum Bezirk Erfurt), Ilmenau und Suhl-Land (zum Bezirk Suhl) der DDR gebildet. Am 03.10.1990, mit der Wiederherstellung der Einheit Deutschlands, wurde das Territorium mit zunächst unveränderten Kreisgrenzen in das Land Thüringen übernommen.

Die Gemeinde Vesser aus dem Kreis Ilmenau wurde zum 01.07.1994 Stadtteil der kreisfreien Stadt Suhl.

Die Zahl der selbstständigen Gemeinden verringerte sich von 1990 bis 2014 wie folgt:

Per 31.12.2014 existieren 6 Verwaltungsgemeinschaften, in denen sich 34 Einzelgemeinden zusammengeschlossen haben. Außerdem gibt es eine erfüllende Gemeinde mit 1 beauftragenden Gemeinde.

In den nördlichen Teil des Ilm-Kreises (Gemeinden Elleben, Elxleben bei Arnstadt, Kirchheim und Rockhausen) reicht der Nahbereich des Oberzentrums Erfurt hinein.

Zum Verdichtungsraum Erfurt gehören aus dem Ilm-Kreis die Stadt Arnstadt und die Gemeinden Amt Wachsenburg und Dornheim.

Gemäß der Klassifizierung des Bundesamtes für Bauwesen und Raumordnung gehört der Landkreis zum Raumtyp Ländlicher Raum, sowie zum siedlungsstrukturellen Kreistyp Ländlicher Kreis mit Verdichtungsansätzen.

Der nordöstliche Teil des Landkreises ist gekennzeichnet durch hohe landwirtschaftliche Bodenqualität. Er wird im Landesentwicklungsprogramm (LEP) als Raum mit besonderer Bedeutung für die Landwirtschaft ausgewiesen.

Der südliche und östliche Teil des Kreisgebietes ist im Regionalen Raumordnungsplan (RROP) als Vorbehaltsgebiet für Tourismus und Erholung (Thüringer Wald, Ilmtal) ausgewiesen.