Родился 15 июня 1921 года Беловеж Полесского воеводствa Польши в крестьянской семье. С ранних лет работал, пас овец у богачей. В школу пошел только в 11 лет, но сдав экзамены за начальные классы был зачислен сразу в 4 класс. Семилетку закончил на отлично, и продолжил учебу на Рабфаке.
В 1939 году, как отличник учебы, был направлен на учебу в Крымский медицинский институт. В 1944 году, по окончанию учебы, направлен в Долговскую районную больницу. Прошел путь от врача районной больницы до директора Курганского научного центра восстановительной травматологии и ортопедии (1987).
В 1951 году впервые ввёл в практику бескровное лечение переломов трубчатых костей с помощью сконструированного им аппарата Илизарова. Благодаря этому аппарату удаётся восстанавливать недостающие части конечностей, включая стопу, пальцы кисти, а также удлинять конечность.
В 1968 году защитил диссертацию на соискание ученой степени доктора медицинских наук.
В 1966 году Илизаров был назначен руководителем проблемной лаборатории.
Указом Президиума Верховного Совета СССР от 12 июня 1981 года за большие заслуги в развитии медицинской науки, народного здравоохранения и в связи с шестидесятилетием со дня рождения профессору Гавриилу Абрамовичу присвоено звание Героя Социалистического Труда с вручением ордена Ленина и золотой медали «Серп и Молот».
В 1987 году был избран членом-корреспондентом АН СССР, в 1991 году – академиком РАН.
Илизаров – автор более 600 научных работ, в том числе 3 монографий, 194 изобретений, 13 зарубежных патентов по проблемам клинической и экспериментальной ортопедии и травматологии, а также биомеханики.
В 1987 году институт стал Всесоюзным, а в 1993 году Российскому научному центру «Восстановительная травматология и ортопедия» присвоено имя академика Г.А.Илизарова.
Жил в Кургане. Скончался 24 июля 1992 года. Похоронен в Кургане на кладбище поселка Рябково.