Родился в местечке Кибарты (современное название — Кибартай) Сувалкской губернии в Литве, в образованной обедневшей еврейской семье. Датой рождения официально считается 18 (30) августа 1860 год. Отец Илья (Эльяш Лейб) Левитан (1827—1877) — из раввинской семьи из Кедайняй, местечка, примечательного сосуществованием еврейской и шотландской общин в Литве. Эльяш учился в ешиве в Вильне. Занимаясь самообразованием, самостоятельно овладел французским и немецким языками. В Ковно он преподавал эти языки, а затем работал переводчиком во время постройки железнодорожного моста, которую вела французская компания.
Илья Левитан, стремясь улучшить материальное положение и дать детям образование, в начале 1870-х переехал с семьёй в Москву. В 1871 году старший брат Исаака, Авель Лейб, поступил в Московское училище живописи, ваяния и зодчества. Осенью 1873 года в училище поступил и тринадцатилетний Исаак. Его учителями были художники Перов, Саврасов и Поленов.
«Левитану давалось всё легко, тем не менее, работал он упорно, с большой выдержкой» — вспоминал его товарищ, известный живописец Михаил Нестеров.
Жил преимущественно в Москве. Работал также в Останкино (1880 — 1883), в различных местах Московской и Тверской губерний, в Крыму (1886, 1899), на Волге (1887 — 1890). Был членом “Товарищества передвижников”. Ему удалось преодолеть сценические условности классико-романтического пейзажа, отчасти сохранявшиеся у передвижников. Необыкновенно восприимчивый к впечатлениям природы, он в своих картинах и акварельных рисунках, передавал поэтическое настроение, возбуждаемое видом ее разнообразных явлений, не пускаясь при этом в отделку подробностей, он верно и смело схватывал в ней то, от чего возникает такое настроение.
Его “пейзажи настроения” обрели особую психологическую насыщенность, выражая жизнь человеческой души, что вглядывается в природу как средоточие тайн бытия (недаром его любимым философом был А. Шопенгауэр). Чутко восприняв новации импрессионизма, он, тем не менее, никогда не отдавался чистой, радостной игре света и цвета, пребывая в кругу своих образов, овеянных “мировой тоской”. Уже ранние работы художника удивительно лиричны (“Осенний день. Сокольники”, 1879). Зрелый период Левитана как мастера пейзажа-картины, умеющего превратить простой мотив в типический образ России, открывается Березовой рощей (1885 — 1889).
Уже в те годы солнечные полотна иногда уступают место пейзажам, проникнутым трагическим ощущением одиночества, тоски. Левитан был тяжело болен и его не покидала мысль о близкой смерти. Врачи направляют Левитана в Италию. “Чувствую себя немного лучше, хотя все-таки неважно. В Италию не еду, а через неделю-две еду в Париж посмотреть выставки, — пишет он художнику А. М. Васнецову, — воображаю, какая прелесть теперь у нас на Руси, — реки разлились, оживает все... Нет лучше страны, чем Россия! Только в России может быть настоящий пейзажист”.
Еще в 1898 году Левитан начал преподавать в том самом училище, в котором учился сам. Он мечтал создать Дом пейзажей — большую мастерскую, в которой могли бы работать все русские пейзажисты. Один из учеников Левитана вспоминал: “Влияние Левитана на нас, учеников, было очень велико. Это обусловливалось не только его авторитетом как художника, но и тем, что Левитан был разносторонне образованным человеком... Левитан умел к каждому из нас подойти творчески, как художник; под его корректурой этюд, картины оживали, каждый раз по-новому, как оживали на выставках в его собственных картинах уголки родной природы, до него никем не замеченные, не открытые”.
Когда открылась пейзажная мастерская, почти половина большой комнаты была отведена под уголок леса, в котором были ели, небольшие деревья с желтыми листьями, зеленый мох, дерн, кадки с папоротниками. Свет из окна падал так, как бы он падал на лесной поляне. И. Е. Репин в один из своих приездов в училище был поражен этой мастерской. Левитан советовал своим ученикам не ограничиваться поисками удачной композиции, нужного колорита. Главной задачей пейзажиста он считал создание образа, способного передать жизнь природы. Часто Левитан привозил в мастерскую цветы. Он говорил своим ученикам, что цветы надо писать так, чтобы от них пахло не красками, а цветами. “Полезно с натуры сделать два-три мазка, а остальное доделать дома, — говорил Левитан. — Запоминать надо не отдельные предметы, а стараться схватить общее, то, в чем сказалась жизнь, гармония цветов”. Левитан был очень внимателен к своим ученикам. От его пристального взгляда ничего нельзя было скрыть. Он видел, что одному трудно найти форму, а другой подражает признанным авторитетам. Иной раз Левитан замечал, что его ученики материально нуждаются, и немедленно оказывал им помощь. Помогал он очень тактично, не обижая. Летом ученики Левитана выезжали на этюды. Так было и летом 1900 года. Ученики Левитана поселились в Химках. Они ждали своего учителя и написали ему шуточное письмо, в котором сообщали, между прочим, что уже грачи, чьи гнезда чернели на деревьях возле дачи, соскучились и все время кричат: “Где Левитан, где Исаак Ильич?” В ответном письме Левитан, всегда ценивший шутку, писал: “Передайте грачам, что как только встану — приеду. А если будут очень надоедать, попугайте: не только приедет, но и ружье привезет”.
Но Левитан уже не встал. 22 июля 1900 года он умер.
Свою последнюю большую картину художник назвал “Озеро, Русь”. Широкая гладь воды отражает облака, освещенные солнцем. На дальнем берегу, насколько видит глаз, поля, деревушки, купола церквей. Все в картине — солнце, ветер, несущиеся облака — пронизано ощущением счастья. Трудно поверить, что это полотно писал умирающий художник.