Nació en Toledo, en la época en que esta ciudad era capital de España,en el año 606. Su familia estaba emparentada con el rey Atanagildo.De niño fue confiado a su tío San Eugenio III, arzobispo de Toledo. Más adelante continúa sus estudios con San Isidoro de Sevilla en esa ciudad, siendo un alumno muy aventajado en filosofía y humanidades.
A su regreso sintió el impulso de retirarse al monasterio de Agalia a un encierro. Su padre se opuso terminantemente e invadió la abadía, obligando a Ildefonso a salir huyendo. Finalmente su madre intercedió, y él pudo dedicarse tranquilamente al estudio y a la oración.Fue un importante abogado del culto mariano, con un relevante tratado que escribió, que lleva por título De virginitate perpetua Sanctae Mariae adversus tres infidelis. Se dice que la propia Virgen María se le apareció para agradecerle su labor, y que le obsequió una túnica en calidad de símbolo.
A la muerte de San Eugenio en 659, San Ildefonso fue nombrado Arzobispo de Toledo con aclamación popular. Unificó la liturgia en España; escribió muchas obras importantes, particularmente sobre la Virgen María.
San Ildefonso tenía una profunda devoción a la Inmaculada Concepción XII siglos antes de que se proclamara dogmáticamente. Ella le favoreció con grandes milagros.
Milagro del encuentro con la Virgen
Una noche de diciembre, él, junto con sus clérigos y algunos otros, fueron a la iglesia, para cantar himnos en honor a la Virgen María. Encontraron la capilla brillando con una luz tan deslumbrante, que sintieron temor. Todos huyeron excepto Ildefonso y sus dos diáconos. Estos entraron y se acercaron al altar. Ante ellos se encontraba María, La Inmaculada Concepción, sentada en la silla del obispo, rodeada por una compañía de vírgenes entonando cantos celestiales. María hízole seña con la cabeza para que se acercara. Habiendo obedecido, ella fijó sus ojos sobre él y dijo: "Tu eres mi capellán y fiel notario. Recibe esta casulla la cual mi Hijo te envía de su tesorería." Habiendo dicho esto, la Virgen misma lo invistió, dándole las instrucciones de usarla solamente en los días festivos designados en su honor.
Esta aparición y la casulla, fueron pruebas tan claras, que el concilio de Toledo ordenó un día de fiesta especial para perpetuar su memoria. El evento aparece documentado en el Acta Sanctorum como El Descendimiento de la Santísima Virgen y de su Aparición.
En la catedral los peregrinos pueden aun observar la piedra en que la Virgen Santísima puso sus pies cuando se le apareció a San Ildefonso.