Nasceu em Toledo. Bem cedo o confiaram os pais à disciplina de Santo Isidoro de Sevilha. Aprendeu a desprezar as vaidades do século, que abandonou realmente para encerrar-se no mosteiro de Agali, nos arredores de Toledo, e do qual foi, posteriormente, eleito abade. Tendo Santo Eugênio de Toledo morrido pelo fim do ano 657, substituiu-o Santo Ildefonso que governou aquela igreja durante nove anos e dois meses. A sua vida foi escrita por Zixilano e por Juliano, ambos seus sucessores.
Observa o último que Santo Ildefonso dividira pessoalmente os seus escritos em quatro partes, a primeira das quais 
continha um livro em forma de prosopopéia sobre a própria fraqueza, um tratado da virgindade perpétua da Santa Virgem, um opúsculo sobre as propriedades das três pessoas divinas, outro que continha observações, um sobre o batismo em particular, um sobre os progressos no deserto espiritual.
Continha a segunda parte as suas cartas, com as respostas dadas. Nem sempre as suas traziam o nome; algumas vezes, usava nomes estranhos ou envolvia o seu em diversos enigmas. Compusera a terceira parte de missas, hinos e sermões, a quarta de várias pequeninas obras em verso e prosa, entre as quais epitáfios e epigramas. Além das obras encerradas nessas quatro partes, começara outras, que as ocupações não lhe permitiam terminar.
Dentre todos os seus escritos, só nos restam três. O principal é o livro da virgindade perpétua da Santa Virgem. Santo Ildefonso compô-lo a rogo de Quirício, Bispo de Barcelona, como se vê pelas cartas que esses dois Bispos escreveram um ao outro.
Numa, Quirício admira a clareza com que o Santo Ildefonso desenvolvera os mistérios da encarnação e do nascimento do Senhor, esclarecendo os passos em que a Escritura fala com certa obscuridade sobre tal assunto, de modo que não teme dizer que confundira Joviniano, Helvídio e o Judeu pérfido e incrédulo.
Eram os três infiéis contra os quais Juliano de Toledo disse que Santo Ildefonso compusera a obra. Começa-a por uma fervorosa prece à Santa Virgem, onde lhe faz todos os elogios que se podem fazer à Mãe de Deus. Em seguida, prova mediante vários passos da Escritura que era necessário fosse a sua virgindade perfeita, sendo a morada de Deus, e tendo sido Aquele que devia nascer de tais entranhas gerado por Deus antes da aurora, ou seja, de toda a eternidade; que atacar-lhe a virgindade, é atacar Aquele que dela nasceu; que seu Filho é Deus perfeito como homem perfeito; que foi tão fácil a Jesus Cristo conservar a virgindade de sua Mãe como nascer milagrosamente dela e realizar tão grande número de outros milagres; que os anjos renderam testemunho à virgindade de Maria, dizendo-lhe, quando Ela respondeu que não conhecia homem: "O Espírito Santo descerá em Vós, e a virtude do Altíssimo vos cobrirá com a sua sombra; é por isso que a santa coisa que de Vós nascer será chamada Filho de Deus."
Invoca, finalmente, a Santíssima Virgem, para que Ela lhe alcance a graça de bem servir ao Filho e a Ela; a Ele, como seu Criador, a Ela, como Mãe do Criador; a Ele como Senhor dos Exércitos, a Ela como Serva do Senhor de todos. A honra que presta à Mãe se liga ao Filho, sem terminar Nela; se serve a Maria, é para melhor servir a Jesus e unir-se-lhe de maneira mais íntima. "É assim, conclui, que a honra que se presta à Rainha é honra que se presta ao Rei ". Todo esse tratado, de estilo cortado e sentencioso, respira a mais terna devoção.
No seu livro do conhecimento do batismo, reúne o que os antigos disseram de melhor sobre as instruções que prepraram para tal sacramento, sobre as cerimônias que o acompanham, sobre as obrigações que com ele se contraem. Pelas renúncias que com ele se fazem ao demônio, às suas pompas e obras, nós nos empenhamos em viver no mundo como num deserto; é o assunto do seu livro Do deserto espiritual.
Santo Ildefonso continuou assim o catálogo dos ilustres escritores, começado por São Jerônimo e continuado por Genade de Marselha e por Santo Isidoro de Sevilha. Começa por São Gregório, o Grande, não achando que Santo Isidoro tenha dito bastante, e termina por Santo Eugênio, seu predecessor, que sucedera o outro Eugênio.
Santo Ildefonso morreu em 667, no dia 23 de Janeiro, dia em que a Igreja lhe honra a memória.
