Илья Михайлович Франк родился (10) 23 октября 1908 года в Петербурге. Окончил в 1930 году Московский университет. Еще студентом стал работать в лаборатории С. И. Вавилова, под руководством которого исследовал тушение люминесценции в жидкостях.
В начале 1930-х по инициативе С. И. Вавилова начал заниматься изучением физики атомного ядра и элементарных частиц (ФИАН), в частности, открытого незадолго до этого явления рождения гамма-квантами электронно-позитронных пар. В 1937 выполнил совместно с И. Е. Таммом классическую работу по объяснению эффекта Вавилова-Черенкова.
В военные годы, когда ФИАН был эвакуирован в Казань, Илья Франк интенсивно включился в работу, связанную с необходимостью решения в кратчайший срок атомной проблемы. В 1946 году организовал лабораторию атомного ядра ФИАН. В это время Франк является организатором и директором Лаборатории нейтронной физики «Объединенного института ядерных исследований» в Дубне (с 1947), заведующим «Лабораторией Института ядерных исследований» АН СССР, профессором Московского университета и зав. лабораторией радиоактивных излучений «Научно-исследовательского физического института МГУ» (1946-1956).
Основные работы Франка принадлежат к области оптики, нейтронной и ядерной физики низких энергий. Его достижения и открытия трудно переоценить.
Илья Франк явился инициатором исследования короткоживущих квазистационарных состояний и деления ядер под действием мезонов и частиц высоких энергий. Выполнил ряд экспериментов по исследованию реакций на легких ядрах, в которых испускаются нейтроны, взаимодействия быстрых нейтронов с ядрами трития, лития и урана, процесса деления. Он принял участие в строительстве и запуске импульсных реакторов на быстрых нейтронах и создал школу физиков.
В 1958 году ему была присуждена Нобелевская премия за открытие и истолкование эффекта Вавилова-Черенкова. Кроме этого, И. Франку были присуждены Государственные премии СССР (1946, 1954,1971) и золотая медаль С. И. Вавилова (1980).
Илья Франк скончался 22 июня 1990 года в Москве, в возрасте 81 года.