Маск родился и вырос в Претории (ЮАР) в семье инженера Эррола Маска и его жены, модели Мэй Маск (урожденной Халдеман). Родители дали ему имя прадеда Джона Илона Халдемана, который родился в 1872 году. Халдеманы — предки его по материнской линии — из швейцарских немцев. Они иммигрировали из Европы в Нью-Йорк во время Войны за независимость США, откуда впоследствии разъехались по Среднему Западу. В 1948 году дед Маска Джошуа Норман Халдеман женился на канадке, учительнице танцев Уиннифред Жозефин Флетчер (Уин). В этот же год у четы родились дочери-близнецы Кэй и Мэй, мать Маска. Дед Маска был заядлым авиатором, путешествовал со всей семьёй на собственном одномоторном самолёте по Северной Америке. В 1950 году жажда приключений заставляет семью покинуть Канаду и перебраться в Южную Африку, где Мэй в 15 лет поступает в школу моделей и начинает выходить на подиум, фотографировалась для журналов и даже становится финалисткой конкурса «Мисс Южная Африка».
Мэй и её будущий муж Эррол Маск, отец Илона, выросли вместе в одном районе. Они впервые встретились, когда Мэй было 11 лет. Эррол был влюблён в Мэй с детства и на протяжении семи лет ухаживал за ней. 28 июня 1971 года, через девять месяцев после свадьбы, родился Илон. Эррол работал инженером строителем, а Мэй была практикующим диетологом. Через год с небольшим у Илона появился брат Кимбал, а вскоре и сестра Тоска.
Мальчик рос замкнутым, любил чтение и, имея фотографическую память и прочитав два комплекта энциклопедий, стал всезнайкой, что не прибавило ему популярности. В школе Илон подвергался насилию со стороны сверстников; после одного из избиений ему пришлось восстанавливать сломанный нос. Родители развелись, мать уехала с детьми в Дурбан, но через пару лет Илон решил жить с отцом, к которому впоследствии перебрался и Кимбал. Эррол — тяжёлый, требовательный человек, и жить с ним было нелегко, но мальчики многому научились у отца. Они приходили к отцу на работу класть кирпичную кладку, устанавливать сантехнику, подгонять оконные рамы и прокладывать электропроводку.
В возрасте десяти лет Илон получил в подарок свой первый компьютер Commodore VIC-20 и научился на нём программировать. В двенадцатилетнем возрасте он продал за 500 долларов свою первую программу — видеоигру в стиле Space Invaders под названием Blastar, в которой игрок обстреливал ряды инопланетян из лазерной пушки.
Маск вкладывал средства в акции фармацевтической компании, за которой следил через газеты. На вырученные от продажи акций несколько тысяч долларов он вопреки протестам родителей уезжает в Канаду. До поступления в университет он жил у родственников в городе Кингстон, провинция Онтарио. Со временем перешёл в Стэнфорд, но обучение не закончил.
Первая жена, Джастин Маск, училась с ним в одном университете в Канаде. Они поженились в 2000 году, и в семье появилось пятеро сыновей.
В сентябре 2008 года Илон и Джастин объявили о разрыве отношений, поскольку Маск стал встречаться с британской актрисой Талулой Райли. Они поженились в 2010 году. В 2012 году Маск и Райли развелись, однако поженились снова в 2013 году. В марте 2016 года они подали заявление на развод, который состоялся в октябре того же года.
В 2017 году встречался с актрисой Эмбер Хёрд.
В 2018 году на Met Gala Маск появился на публике с канадской певицей Граймс, что стало причиной слухов о романе Маска с певицей.
Илон Маск признался, что испытывает проблемы со сном и употребляет снотворное «Эмбиен» (золпидем). По информации газеты «The New York Times» некоторые члены совета директоров компании Tesla выразили свою обеспокоенность по этому поводу.
В декабре 2016 года вошел в состав Президентского форума по стратегии и политике при президенте США Дональде Трампе — группы из 16 американских предпринимателей, задача которой состоит в том, чтобы консультировать 45-го президента США по вопросам, связанным с экономическим ростом, созданием новых рабочих мест и повышением производительности труда, но в 2017 году отказался от дальнейшего участия в форуме в знак протеста против решения Трампа о выходе США из Парижского соглашения.
В 1996/1997 году Маск со своим братом основал компанию Zip2, которая специализировалась на программном обеспечении для новостных компаний. В 1999 году Zip2 была приобретена Compaq [1]за 307 млн долларов. Маск получил 7 % от суммы продажи (22 млн долл.)
[1] Сompaq Computer Corporation — американская компания по производству персональных компьютеров. Основана в 1982 году. Некоторое время Compaq была крупнейшим поставщиком компьютеров в мире.