У 1926 році Ілля Петрушевський закінчив історико-філологічні факультети Харківського та Бакинського університетів. У 1926—1931 роках працював у Баку. У 1931 році під керівництвом Пантелеймона Жузе та Юрія Марра вивчав арабську та перську мови в Інституті кавказознавства АН СРСР у Тбілісі. У 1933 — 1936 роках викладав в Тбіліському університеті. Кандидат історичних наук (1935, без захисту). У 1936—1941 роках працював у Ленінградському відділенні Інституту історії АН СРСР, викладав в обласному педагогічному інституті.
Доктор історичних наук (1941), докторська дисертація — «Нариси з історії феодальних відносин в Азербайджані та Вірменії в XVI — початку XIX століття». Під час німецько-радянської війни викладав у Баку та в Ташкенті. У 1945 — 1947 роках працював у Ленінградському відділенні Інституту сходознавства АН СРСР. З 1947 — професор Ленінградського університету. У 1950–1954 і 1961 — 1977 роках працював завідувачем кафедрою історії країн Близького Сходу Східного факультету. У 1956 — 1959 роках керував Групою іраністів Ленінградського відділення ІВАН СРСР (з листопада 1957 перейменована на Іранський кабінет).
Основні сфери наукових інтересів — історія землеробства та феодальних відносин на Близькому та Середньому Сході, історія народних рухів у середньовічному Ірані, взаємини кочового та осілого населення, історія ісламу. Праці Іллі Петрушевського затребувані у світовій орієнталістиці, деякі з них перекладені перською та англійською мовами. Загалом опубліковано понад 90 робіт.
Труд Сейфи как источник по истории восточного Хорасана // Труды Южно-туркменистанской археологической комплексной экспедиции. — Ашхабад, 1955. — Т. V (27 січня).
Движение сербедаров в Хорасане // Учёные записки института востоковедения АН СССР. — 1956. — Т. XIV: История и экономика стран Ближнего и Среднего Востока (27 січня). — С. 91—162.
Состояние сельского хозяйства в Иране в XIII — первой половине XIV в // Учёные записки ЛГУ. — 1956. — Вип. 6. — № 195 (27 січня).
Феодальные институты идрар и мукасамэ в Иране в XIII—XIV вв. // Памяти академика И. Ю. Крачковского : сборник статей. — Л. : Издательство ЛГУ, 1958. — 27 січня. — С. 202—205.
Применение рабского труда в Иране и сопредельных странах в позднее средневековье (к проблеме рабовладельческого уклада в феодальных обществах Передней и Средней Азии) // XXV междунар. конгресс востоковедов. Доклады делегации СССР. — М., 1960. — 27 січня.
К истории маздакитов в эпоху господства ислама // Народы Азии и Африки. — 1970. — № 5 (27 січня).
К истории рабства в халифате VII—Х вв. // Народы Азии и Африки. — 1971. — № 3 (27 січня).
Поход монгольских войск в Среднюю Азию в 1219—1224 гг. и его последствия // Татаро-монголы в Азии и Европе : сборник статей. — М. : Наука, 1977. — 27 січня. — С. 107—139.
Иран и Азербайджан под властью Хулагуидов (1256–1353 гг.) // Татаро-монголы в Азии и Европе : сборник статей. — М. : Наука, 1977. — 27 січня. — С. 228—259.
Шиизм / Петрушевський І. П. // Чаган — Екс-ле-Бен. — М. : Радянська енциклопедія, 1978. — (Велика радянська енциклопедія: [30 т.] /Гл. ред. А. М. Прохоров ; 1969—1978, т. 29).
Держави Азербайджану у XV ст. / Збірник статей з історії Азербайджану. Баку: АН Азербайджанської РСР, 1949, вип. 1, С.153-214.
Редактор
Колониальная политика российского царизма в Азербайджане в 20—60-х гг. XIX в.: В 2 ч / Автор вступительной статьи и редактор. — М.-Л., 1936.
Бартольд В. В. Сочинения / Подготовка к изданию. — М. : Издательство восточной литературы, 1963. — Т. I: Туркестан в эпоху монгольского нашествия.
Бартольд В. В. Сочинения / Ответственный редактор. — М. : Наука, ГРВЛ, 1971. — Т. VII: Работы по исторической географии и истории Ирана.
Босворт К. Э. Мусульманские династии. Справочник по хронологии и генеалогии = The Islamic Dynasties. A Cronological and Genealogical Handbook / Ответственный редактор. — М. : Наука, ГРВЛ, 1971.
Петрушевский, Илья Павлович / Бобровников В. О. // Перу — Полуприцеп. — М. : Большая российская энциклопедия, 2014. — С. 134. — (Большая российская энциклопедия: [в 35 т.] / гл. ред. Ю. С. Осипов ; 2004—2017, т. 26). — ISBN 978-5-85270-363-7.
Петрушевский, Илья Павлович // Отоми — Пластырь. — М. : Советская энциклопедия, 1975. — (Большая советская энциклопедия: [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров ; 1969—1978, т. 19).
Петрушевский Илья Павлович // Российский гуманитарный энциклопедический словарь. — М. : Гуманит. изд. центр ВЛАДОС: Филол. ф-т СПбГУ, 2002. — Т. 3: П—Я (27 січня). Архівовано з джерела 10 грудня 2013.