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 selbständigen Gemeinden verringerte sich von 1990 bis 2011 wie folgt:

Per 31.12.2011 existieren 6 Verwaltungsgemeinschaften, in denen sich 35 Einzelgemeinden zusammengeschlossen haben. Außerdem gibt es eine erfüllende Gemeinde mit 2 beauftragenden Gemeinden

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 Dornheim und Ichtershausen.

Das übrige Gebiet des Landkreises ist ländlicher Raum mit einer geringen Bevölkerungsdichte. Ein Raum mit bedeutenden Fremdenverkehrs- und Erholungsaufgaben ist der gesamte Anteil des Landkreises am Thüringer Wald und seinem Vorland, nach Norden bis zu einer Linie Gossel-Wipfratal-Stadtilm-Ilmtal reichend.

Das Gebiet der Gemeinden Alkersleben, Bösleben-Wüllersleben, Elleben, Elxleben, Kirchheim, Osthausen-Wülfershausen, Rockhausen und Witzleben ist durch hohe landwirtschaftliche Bodenqualität gekennzeichnet und als Raum mit bedeutsamen agrarstrukturellen Aufgaben ausgewiesen.

Regionale Siedlungsfreiräume mit der Funktion, bandartig bebaute Verdichtungen entlang der großräumigen Verbindungsachsen zu verhindern und tendenziell bestehende Siedlungsbänder zu gliedern, sieht der RROP Mittelthüringen für die Gebiete der Wachsenburggemeinde sowie von Rockhausen und Kirchheim an der südlichen Peripherie von Erfurt vor.