Ilott begann seine Motorsportkarriere 2008 im Kartsport, in dem er bis 2014 aktiv blieb. 2012 gewann er die KF3-Klasse der WSK Master Series sowie des WSK Final Cups. In der WSK Euro Series und im CIK-FIA-Weltcup wurde er Zweiter in der KF3-Klasse. 2013 wurde er Meister in der KF-Kategorie im WSK Final Cup. 2014 entschied Ilott in der KF-Klasse die WSK Super Master Series sowie die CIK-FIA-Europameisterschaft für sich.<ref name="EF315" /> In der CIK-FIA-Weltmeisterschaft erreichte er den vierten Platz.
2015 wechselte Ilott in den Formelsport und Red Bull nahm ihn in sein Förderprogramm auf.<ref>Red Bull sign Dean Stoneman and Callum Ilott. bbc.com, 12. Februar 2015, abgerufen am 7. März 2015 (Lua-Fehler in Modul:Multilingual, Zeile 153: attempt to index field 'data' (a nil value)).</ref> Zunächst trat Ilott für ETEC Motorsport in der Toyota Racing Series2015 in Neuseeland an. Er wurde dreimal Vierter und beendete die Saison auf dem 16. Gesamtrang. Anschließend startete Ilott 2015 für Carlin in der europäischen Formel-3-Meisterschaft.<ref name="EF315">Peter Allen: Callum Ilott confirmed for Carlin F3 drive as new Red Bull Junior. paddockscout.com, 12. Februar 2015, abgerufen am 7. März 2015 (Lua-Fehler in Modul:Multilingual, Zeile 153: attempt to index field 'data' (a nil value)).</ref> Er war der einzige Fahrer, der bei jedem Rennen gewertet wurde. Mit einem dritten Platz als bestem Ergebnis wurde er Zwölfter in der Fahrerwertung. Am Jahresende schied Ilott aus dem Red-Bull-Förderprogramm aus. 2016 absolvierte Ilott seine zweite Saison in der europäischen Formel-3-Meisterschaft für Van Amersfoort Racing.<ref>Marcus Simmons: Callum Ilott moves from Carlin to Van Amersfoort for 2016 Euro F3. autosport.com, 6. Januar 2016, abgerufen am 6. Januar 2016 (Lua-Fehler in Modul:Multilingual, Zeile 153: attempt to index field 'data' (a nil value)).</ref> Er gewann bereits beim ersten Rennwochenende ein Rennen. Im weiteren Saisonverlauf folgte ein weiterer Sieg. Insgesamt stand er sechsmal auf dem Podium. In der Meisterschaft verbesserte er sich auf den sechsten Platz. 2017 wechselte Ilott innerhalb der europäischen Formel-3-Meisterschaft zum Prema Powerteam.<ref>Callum Ilott joins Prema Powerteam for 2017 FIA Formula 3 Championship. premapowerteam.com, 22. November 2016, archiviert vom Vorlage:IconExternal (nicht mehr online verfügbar) am 23. August 2021; abgerufen am 16. März 2017 (Lua-Fehler in Modul:Multilingual, Zeile 153: attempt to index field 'data' (a nil value)).</ref> Gleichzeitig wurde er als erster Brite Mitglied der Ferrari Driver Academy.<ref>Ilott is first British driver to join FDA. 19. Oktober 2017, abgerufen am 3. März 2020.</ref>
2021 war Illot in verschiedenen Serien aktiv. So nahm er das erste Mal beim 24-Stunden-Rennen von Le Mans teil. Er fuhr für das Team Iron Lynx mit einem Ferrari 488 GTE Evo in der GTE-Am Klasse. Seine Teamkollegen waren die beiden Italiener Matteo Cressoni und Rino Mastronardi. Sie beendeten das Rennen auf dem dritten Platz. Für dasselbe Team nahm er auch in dem GT World Challenge Europe Endurance Cup teil.<ref>Filip Cleeren: Ferrari junior Ilott joins GT World Challenge with Iron Lynx. 25. Februar 2021, abgerufen am 24. Oktober 2021 (Lua-Fehler in Modul:Multilingual, Zeile 153: attempt to index field 'data' (a nil value)).</ref> An der Seite von Davide Rigon und Antonio Fuoco wurde er Elfter in der Meisterschaft. Ebenfalls 2021 war er Testfahrer für die Scuderia Ferrari und zweiter Ersatzfahrer für Alfa Romeo Racing in der Formel 1.<ref>Stefan Ehlen: Callum Ilott wird 2021 Ferrari-Testfahrer in der Formel 1. In: Motorsport-total.com. 15. Dezember 2020, abgerufen am 16. Dezember 2020.</ref> In der IndyCar Series nahm er für Juncos Hollinger Racing an den letzten drei Rennen der Saison 2021 teil.<ref>Marshall Pruett: Ilott returning for full IndyCar season with Juncos Hollinger in 2022. 24. September 2021, archiviert vom Vorlage:IconExternal (nicht mehr online verfügbar) am 11. März 2022; abgerufen am 24. Oktober 2021 (Lua-Fehler in Modul:Multilingual, Zeile 153: attempt to index field 'data' (a nil value)).</ref> Im Jahr 2022 fuhr Ilott bis auf den Detroit Grand Prix alle Rennen der IndyCar Series, wiederum bei Juncos Hollinger Racing. Sein bestes Resultat erzielte er beim GMR Grand Prix mit dem achten Platz, in der Meisterschaft belegte er den 20. Schlussrang. Callum Ilott verließ 2022 die Ferrari Driver Academy, um an der IndyCar Series teilnehmen zu können. 2023 sollte er zur Ferrari Driver Academy zurückkehren, was jedoch nicht geschah, da er in der IndyCar Series blieb.<ref>Al via il 2022 della Ferrari Driver Academy. Archiviert vom Vorlage:IconExternal (nicht mehr online verfügbar) am 12. Januar 2022; abgerufen am 22. August 2022 (Lua-Fehler in Modul:Multilingual, Zeile 153: attempt to index field 'data' (a nil value)).</ref>
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