Bilibin is in ’n voorstad van Sint Petersburg gebore. Hy het onder andere onder Ilja Repin studeer en daarna sy studies in München voortgesit. In 1902–1904 het hy in die noorde van Rusland gereis waar hy betower is deur ou houtgeboue en Russiese folklore. Hy het sy bevindings in 1904 gepubliseer in die monografie Volkskuns van die Russiese Noorde. Nog ’n groot invloed op sy werk was tradisionele Japannese kuns.
Bilibin het in 1899 bekend geword toe hy sy innoverende illustrasies van Russiese feëverhale gepubliseer het. Tydens die Russiese Rewolusie van 1905 het hy rewolusionêre tekenprente gemaak. Die Oktober-revolusie het hom egter nie geval nie. Ná kort rukke in Kaïro en Alexandrië het hy in 1925 in Parys gaan woon. Daar het hy private huise en Ortodokse kerke versier. Hy het egter na sy vaderland verlang en nadat hy die Sowjet-ambassade in 1936 versier het, het hy na die Sowjetunie teruggekeer waar hy klas gegee het tot in 1941. Bilibin is tydens die Beleg van Leningrad dood.