עמי אילון נולד בשנת 1945 וגדל בקיבוץ מעגן.
נשוי + 3 ילדים,וארבעה נכדים. בעל תואר ראשון בכלכלה ובמדע המדינה מאוניברסיטת בר-אילן (1980), בוגר המכללה לביטחון לאומי של הצי האמריקאי בניו פורט רוד איילנד (1982), בעל תואר שני במנהל ציבורי מאוניברסיטת הרווארד (1992), ותואר שני בלימודי משפט מהפקולטה למשפטים באוניברסיטת בר-אילן (2010). מתגורר כיום במושב כרם מהר"ל.
את שירותו הצבאי עשה אילון בחיל הים, הוא התגייס לשייטת 13 ובשנת 1979 מונה למפקד היחידה, אשר תחת פיקודו זכתה בצל"ש הרמטכ"ל על הובלת הפעילות המבצעית ההתקפית נגד המחבלים בגזרת לבנון.
אילון הוא בעל עיטור הגבורה, העיטור הגבוה ביותר המוענק בצה"ל, על חלקו בפשיטה על האי גרין בשנת 1969.
בשנת 1992 מונה למפקד חיל הים, והועלה לדרגת אלוף. בתפקידו כמפקד חיל הים פעל לבניית צוללות הדולפין, אותן ראה כעתיד חיל הים. בשנת 1996 סיים את תפקידו ופרש מצה"ל.
ב־1996, מונה אילון לתפקיד ראש השב"כ. לזכותו נזקפת הבראת שירות הביטחון הכללי, שנפגע קשות לאחר ההתנקשות בראש הממשלה יצחק רבין. אילון הנהיג את 'הקוד האתי' בשב"כ וקידם את חוק השב"כ, על כך קיבל את תואר אביר איכות השלטון לשנת 2000 מטעם התנועה לאיכות השלטון בישראל. אילון פרש באפריל 2000.
לאחר פרישתו מהשב"כ, בין השנים 2004-2001 כיהן אילון כיושב ראש הדירקטוריון של חברת נטפים. במקביל, החל לגבש עם פרופסור סרי נוסייבה יוזמת שלום שהביאה להצהרת עקרונות להסכם שלום בין ישראל לפלסטינים. אילון ונוסייבה הקימו תנועה ציבורית לקידום היוזמה ולהחתמה המונית של אנשי שני העמים על תמיכתם בה. על הצהרת העקרונות חתמו כ 450,000 אזרחים ישראלים ופלסטינים.
בשנת 2004, הצטרף אילון רשמית למפלגת העבודה, ושנה לאחר מכן נבחר ברשימת העבודה לכנסת ה-17. הוא כיהן כחבר בוועדת חוץ וביטחון, בוועדה לענייני ביקורת המדינה, בוועדת העבודה הרווחה והבריאות, ובוועדת האתיקה. כמו כן היה יו"ר וועדת המשנה לבחינת מוכנות העורף, במסגרת זו פרסם דו"ח על התנהלות העורף במלחמת לבנון השנייה. הדו"ח אומץ ע"י מבקר המדינה והיה הבסיס לדו"ח שפרסם המבקר בנושא.
בספטמבר 2007, לאחר מלחמת לבנון השנייה, התמנה לשר במשרד ראש הממשלה וכיהן כיו"ר ועדת השרים לענייני ביקורת המדינה וכחבר הקבינט המדיני-ביטחוני. במסגרת תפקידו היה השר הממונה על השירות האזרחי לאומי בישראל.
בדצמבר 2008 התפטר מחברותו בממשלה, ולקראת בחירות 2009 הודיע על פרישתו ממפלגת העבודה ומהחיים הפוליטיים.
היום הוא עמית מחקר בכיר במכון הישראלי לדמוקרטיה ועומד בראש תכנית המחקר "התמודדות דמוקרטיות ליברליות עם עימותים אסימטריים", המשותפת למכון ולמוסד הרצל באוניברסיטת חיפה.
אילון מכהן כיו"ר הוועד המנהל של אוניברסיטת חיפה וכיו"ר אקי"ם ישראל (עמותה לקידום אנשים עם מגבלה שכלית בישראל), וכן עומד בראש ה"פורום לקידום השירות
האזרחי-לאומי" אשר מטרתו לייצר אלטרנטיבה אזרחית עבור אלו שרוצים לשרת את המדינה ואשר קיבלו פטור משירות צבאי.
