Илья Николаевич Ульянов родился в Астрахани в мещанской семье. После окончания физико-математического факультета Казанского университета работал учителем в дворянском институте, гимназии и женском училище. Вместе с работой занимался метеорологией: будучи преподавателем в дворянском институте в Пензе, Илья Николаевич написал научные работы «О пользе метеорологических наблюдений и некоторые выводы из них для Пензы» и «О грозе и громоотводах».

В 1869 году Илья Ульянов переехал для работы в Симбирскую губернию, став инспектором народных училищ, и уже через пять лет стал директором, возглавив образовательную систему губернии. Взгляды Ильи Николаевича на просвещение сформировались под влиянием русской демократической мысли, трудов Чернышевского и Добролюбова. В своей работе он последовательно отстаивал демократические убеждения, считая необходимым вести образовательную деятельность среди детей как богатых, так и бедных, как русских, так и нерусских, а также был сторонником идеи совместного обучения мальчиков и девочек.

Под влиянием демократических взглядов Ильи Ульянова сформировалось мировоззрение его детей. Старший сын Ильи Николаевича, Александр, стал членом «Народной воли» и участвовал в подготовке покушения на царя-тирана Александра III. Покушение было предотвращено полицией, а Александр с товарищами был задержан, осужден и повешен в Шлиссельбургской крепости. Его младший брат, Владимир, также стал революционером, но отказался от индивидуального террора, выбрав другой путь. По его почину и под его руководством был создан «Союз борьбы за освобождение рабочего класса», ставший первой крупной марксистской организацией в России. Позднее на его основе возникла Российская социал-демократическая рабочая партия, большевистское крыло которой под руководством Ленина осуществило социалистическую революцию 7 ноября 1917 года. Дочери Ильи Николаевича Анна и Мария, а также сын Дмитрий тоже активно участвовали в революционной движении и строительстве социализма в СССР.