Illesheim liegt in Mittelfranken, etwa fünfzig Kilometer westlich von Nürnberg und achtzehn Kilometer nordöstlich von Rothenburg ob der Tauber. Der Ort wird von der Aisch durchflossen, die knapp westlich entspringt und die Gemarkung im Norden berührt. Südlich der Bahnstrecke nach Steinach bei Rothenburg befindet sich der militärische Hubschrauberstützpunkt Storck Barracks. Die Nachbargemeinden sind Bad Windsheim, Obernzenn, Oberdachstetten, Marktbergel und Burgbernheim.
Erstmals 1136 als Hillinsheim erwähnt, geht der Name auf den Personennamen Hillin zurück. Im Mittelalter gab es drei Adelssitze: die Burg Illesheim, die Burg Röllinghausen und eine weitere Wasserburg, deren Standorte nicht immer eindeutig überliefert sind. Der berühmteste Sohn des Ortes ist Eppelein von Gailingen, ein Raubritter des 14. Jahrhunderts. Durch Heirat kam das Rittergut später an Götz von Berlichingen, der das heutige Schloss Illesheim errichten ließ. Bis 1833 blieben die Berlichinger hier ansässig.
Heute prägen das Schloss Illesheim und die Überreste der Burg Röllinghausen das Ortsbild. Südlich von Sontheim liegt das Naturdenkmal Walsbrunnen. Der Flugplatz Illesheim beherbergt einen großen US-amerikanischen Hubschrauberstützpunkt. Persönlichkeiten wie der Maler Georg Pencz, ein Schüler Albrecht Dürers, stammen aus Illesheim. Die Gemeindeflagge zeigt die Farben Weiß, Schwarz und Gelb.
