Agli inizi degli anni '80 è partecipe dei fermenti dell'ultima Scapigliatura milanese, e matura le prime esperienze scrivendo per il Corriere della Sera. Esordisce come drammaturgo con I Narbonnière-Latour (1883), scritto in collaborazione con Ferdinando Fontana, cui fanno seguito lavori in dialetto e in lingua. Nel teatro di Illica spesso affiorava una satira pungente, che non mancava di provocare reazioni anche turbolente da parte del pubblico. Nella seconda parte della carriera Illica si dedica esclusivamente al teatro musicale, affermandosi come il più richiesto autore di libretti dell'epoca. Tra i numerosi titoli della sua vasta produzione (circa 80 libretti) si posso ricordare: La Wally (1892) per Catalani; Cristoforo Colombo (1892) e Germania (1902) per Franchetti, Andrea Chérnier (1896) e Siberia (1903) per Giordano; Iris (1898), Le maschere (1901), Isabeau (1911) per Mascagni; Nozze Istriane (1895) per Smareglia; Conchita (1911) per Zandonai. Il suo successo di librettista è basato soprattutto sull'abilità nel creare intrecci di sicura evidenza teatrale, e nell'escogitare soluzioni brillanti e spettacolari per conferire coesione all'impianto drammatico e per giustificare momenti dettati da necessità puramente musicali.

Il rapporto con Puccini: nella preparazione dei libretti per Puccini -sempre scritti in collaborazione con Giacosa- il compito di Illica è quello di delineare la sceneggiatura e di individuare situazioni drammatiche capaci di concretizzare le evanescenti intuizioni del musicista. Illica ha idee molto chiare sui meccanismi che governano il funzionamento di un'opera lirica tuttavia, Puccini, spesso non gradisce la qualità dei suoi versi e la sua mancanza di senso della misura: dopo la morte di Giacosa, i tentativi di nuove collaborazioni (Conchita, Maria Antonietta) naufragheranno per il rifiuto di Illica di dividere la responsabilità di un libretto con un collaboratore.

Libretti pucciniani curati da Illica: Manon Lescaut (insieme a Praga, Giacosa, Oliva, Ricordi: inizia qui la collaborazione con Giacomo Puccini ed il sodalizio con Giacosa, 1893); La Bohème (insieme a Giacosa, 1896); Tosca (insieme a Giacosa, 1900); Madama Butterfly (insieme a Giacosa, 1904).