Sakho, 23, som har 14 franska kapsyler, kommer att kosta omkring 18 miljoner pund från Paris St-Germain.
Sporting Lissabons Ilori, 20, har representerat Portugal på ungdomsnivå men är fortfarande berättigad att spela för England eftersom han är född i London.
Sakho berättade för klubbens hemsida: " Jag kom hit för att projektet i Liverpool intresserar mig. Jag ser verkligen fram emot att spela min första match."
Han är chef Brendan Rodgers dyraste signering av sommaren och kan spela i mitten av försvaret samt på vänster sida.
Liverpools verkställande direktör Ian Ayre sade: " Han är en viktig markörsignering för oss. Det var svårt att göra och det var svårt för oss att få, men jag är väldigt glad att vi har kunnat locka honom till klubben."
Ilori, som kostade £ 7m, sade: "Liverpool har ett bra team och jag tror att det är rätt plats för mig att vara just nu.
"Det har funnits några bra lag här i det förflutna, klubben har vunnit en hel del troféer och jag vill vara en del av det."
Rodgers har nu undertecknat sju spelare i sommar efter fångandet av försvarare Kolo Toure, strejker Iago Aspas, ytter Luis Alberto, målvakt Simon Mignolet och vänster tillbaka Aly Cissocho.
Liverpool prioriterade defensiva rekryteringar eftersom Sebastian Coates har uteslutits för större delen av säsongen medan Toure och Cissocho också är skadade.
Sakho och Ilori var båda på Anfield på söndagen för att se Liverpool slå Manchester United för att flytta toppen av Premier League.
Under tiden, framåt Daniel Pacheco har lämnat Liverpool för att ansluta sig till spanska andra nivån AD Alcorcon.
22-åringen hade kämpat för att bryta sig in i Reds första lag och misslyckades med att göra mål i sina 17 äldre framträdanden under sina sex år med Merseysiders.
Han skickades ut på lån till Rayo Vallecano, Norwich City och Huesca men har nu permanent flyttat till Alcorcon.
Jag kommer alltid att vara en röd, "tweeted Pacheco. "Det har varit mitt hus och jag kommer aldrig att glömma det. Tack till alla ni fans för stödet och hoppas att vi firar Premier League [titel] den här säsongen."
Liverpool har undertecknat centrala försvarare Mamadou Sakho och Tiago Ilori för en kombinerad avgift på cirka £ 25m.