Илья Гайсин родился в 1983 году в Москве. В 2006 году окончил Московскую государственную консерваторию имени П. И. Чайковского по специальности «скрипка» (класс профессора Сергея Кравченко), в 2008 году – по специальности «оперно-симфоническое дирижирование» (класс профессора Валерия Полянского). Был удостоен премии Геннадия Рождественского.
Посещал мастер-классы скрипачей Иегуди Менухина, Захара Брона, Владимира Спивакова, Стефана Метца, Эберхарда Фельца, альтиста Игоря Найдина, дирижеров Геннадия Рождественского, Теодора Курентзиса, Эри Класа, Йормы Панулы, Колина Меттерса и других известных музыкантов.
Лауреат семи международных конкурсов скрипачей в Италии (в том числе конкурса имени Родольфо Липицера в Гориции), Финляндии, России и Украине. Победитель Международного конкурса дирижеров оперетты имени Имре Кальмана в Будапеште (2012), лауреат Международного конкурса оперных дирижеров Blue Danube в Русе, Болгария (2013), дипломант и обладатель двух специальных призов Всероссийского конкурса молодых дирижеров имени Ильи Мусина в Костроме (2011).
Выступал с концертами более чем в 70 городах России, а также в Европе, Азии, Африке, Северной и Южной Америке.
В 2008–2010 гг. был ассистентом Валерия Полянского в Государственной академической капелле России, в 2012–2017 гг. – главным дирижером Камерного оркестра Центра Павла Слободкина. В 2017–2019 гг. сотрудничал с Пермским театром оперы и балета, где вел оперы «Евгений Онегин» Чайковского, «Царская невеста» Римского-Корсакова, балеты «Ромео и Джульетта» Прокофьева, «Щелкунчик» Чайковского. В 2018 году выступил музыкальным руководителем новой постановки балета «Тщетная предосторожность». С 2017 года работает с Теодором Курентзисом и оркестром MusicAeterna как дирижер и скрипач.
Сотрудничает также с Симфоническим оркестром Радио Юго-Западной Германии (SWR, Штутгарт), Национальным симфоническим оркестром Монпелье, Симфоническим оркестром Кадакеса, оркестром и хором Национального оперного театра Брно, Национального оперного театра Сараева, Государственным камерным оркестром «Виртуозы Москвы», Госоркестром России имени Е. Ф. Светланова, Санкт-Петербургским государственным академическим симфоническим оркестром и другими коллективами.
Среди партнеров Ильи Гайсина по сцене – пианисты Александр Гиндин, Даниил Крамер, Полина Осетинская, Павел Нерсесьян, Михаил Петухов, Михаил Лидский, Лукас Генюшас, Вадим Холоденко, Андрей Гугнин, Владимир Свердлов-Ашкенази, Рэм Урасин, Александр Малофеев, кларнетист Валентин Урюпин, скрипачи Алёна Баева, Граф Муржа, Гайк Казазян, Алексей Лундин, виолончелист Борис Андрианов и многие другие.
