Представитель кварельской ветви княжеского рода Чавчавадзе. Получил образование в Санкт-Петербургском университете на камеральном отделении юридического факультета; в 1861 году, на четвёртом курсе, оставил университет вследствие тогдашней «студенческой истории».

В начале 1864 года, когда проходила освободительная крестьянская реформа в пределах Кавказского наместничества, Чавчавадзе был командирован в Кутаисскую губернию в качестве чиновника особых поручений при кутаисском генерал-губернаторе для определения взаимных отношений помещиков и крестьян.

В 1864—1868 гг. был мировым посредником Душетского уезда Тифлисской губернии, а затем, до 1874 г., мировым судьей в том же уезде. Состоял председателем общества распространения грамотности среди грузинского населения. 7 апреля 1906 года был избран членом Государственного совета от дворянских обществ.
Убийство

30 августа 1907 года Илья со своей супругой Ольгой путешествовали из Тбилиси в Сагурамо в открытой коляске[6]. Возле Цицамури их поджидала банда Гиглы Бербичашвили (Георгий Хизанишвили, Павле Апциаури, Иване Инашвили, и некто имеретин), которые с помощью оружия остановили коляску. Илья встал на ноги и обратился к банде «Я Илья, не стреляйте», ответ Гиглы был таким «Именно потому, что ты Илья, мы и должны стрелять». Раздался звук выстрела. В книге Вахтанга Гурули даётся сравнение официального акта вскрытия, и его критика одним из крупнейших врачей того периода Иашвили; в частности, Иашвили отмечает, что в Илью стреляли не спереди, как было указано в акте вскрытия, а сзади[6]. Гурули отмечает, что выстрел не мог произойти со стороны банды Бербичашвили, которая стояла спереди. Выстрел произошёл из второй засады, о которой не знали даже сами бандиты.

Несмотря на то, что убийство Ильи Чавчавадзе 30 августа 1907 г. у села Цицамури не было раскрыто, наиболее широкое распространение в исторической науке получила версия о том, что за убийством стояли большевики. Профессор Анна Гейфман в работе, посвящённой террору в Российской империи указывает, что в этот период в Грузии велась ожесточённая борьба между социал-демократами во главе с большевиком Филиппом Махарадзе и демократами-националистами под руководством «великого Ильи» — князя Чавчавадзе. Большевиков не устраивала открытая критика князем Чавчавадзе их программы, так как этим он серьёзно подрывал их политические позиции. Историк отмечает, что главной причиной для политического убийства князя была огромная популярность Чавчавадзе: он привлекал людей, особенно крестьян, к делу национальных демократов и уводил их таким образом от радикального социализма. Большевики не могли честно конкурировать с возглавлявшимися Ильей националистами-демократами, и, когда клеветническая кампания против Чавчавадзе на страницах местной большевистской газеты «Могзаури» («Путешественник») не дала результата, ему был вынесен смертный приговор.

Местные большевики называли организатором убийства тайную полицию, а мотивом — антирусскую позицию Чавчавадзе.