Ilosvay Lajos az erdélyi Désen született, Kolozsvárt járt gimnáziumba, majd ugyanott gyógyszerészgyakornok volt. 1872-ben iratkozott a pesti egyetemre, ahol gyógyszerészi, majd középiskolai tanári oklevelet is szerzett, közben le is doktorált. 1875-től kezdve előbb Lengyel Béla, majd Than Károly mellett működött tanársegédként. Kiváló tudományos munkája miatt 1880-ban hosszabb külföldi tanulmányútra küldték, melynek során Bunsen mellett Heidelbergben, Baeyernél Münchenben és Berthelot-nál Párizsban is dolgozott.

Kimutatta, hogy a levegőben a villámlás hatására nem ózon, hanem nitrogén-oxidok keletkeznek. Az analízis érdekében a Griess-féle kémszer érzékenységét nagymértékben fokozta. A Griess-Ilosvay-féle nitrit-kémszer egyike e legrégibb nagy érzékenységű reagenseknek.

Rendkívül sok tudományos és ismeretterjesztő könyve, cikke fáradhatatlanságáról tanúskodik. Társadalmi működése ugyancsak jelentős. Az MTA tagja, később alelnöke, a Természettudomány Társulat elnöke és több más szerv vezetőségi tagja volt. Jelentős szerepet játszott a kémiai oktatás fejlesztésében. Rövid ideig a közoktatásügyi minisztérium államtitkára is volt.

1936-ban, 85 éves korában hunyt el Budapesten.