Ileana Stana-Ionescu are origini italiene după mamă. Tatăl ei a murit în al doilea război mondial, pe când actrița când avea șase ani. A trăit de la vârsta de cinci ani, cu familia, în Drobeta Turnu Severin, unde a urmat școala primară și liceul.
După absolvirea liceului teoretic a plecat să lucreze la Reșița, unde locuia un frate de-al tatălui. Acolo frecventa spectacolele trupei de teatru. A debutat ca actriță în anul 1955, la vârsta de 19 ani, la Teatrul de Stat din Reșița, cu rolul Agnes în Școala femeilor de Molière.
În anul 1959 s-a transferat la Teatrul Tineretului din Piatra Neamț. Din anul 1965 a lucrat la Teatrul Național din București, precum și la televiziune. Din anul 2002 este societar de onoare al Teatrului Național din București. Este căsătorită cu actorul Andrei Ionescu.
Soțul Ilenei Stana Ionescu a explicat de ce atât el, cât și partenera sa de viață au hotărât ca, de la o anumită vârstă, să nu mai apară în fața publicului.
„Lumea ne tot întreabă când mai ieșim la evenimente sau dacă mai jucăm vreun rol la teatru. Dar eu și Ileana am decis că este mai bine ca de la o vârstă să nu mai apărem în public. Ileana dorește ca lumea să-și amintească de ea tânără, frumoasă și în putere. Acum, stă în banca ei, în casă cu mine”, declara Andrei Ionescu într-un interviu pentru Playtech
Ileana Stana Ionescu crede că cel mai bine este ca publicul să o păstreze în memorie așa cum era în tinerețe.
„Vine o vreme când trebuie să știi să te retragi, să faci definitiv un pas în spate pentru ca publicul să-și amintească de tine în zilele cele bune, nu îmbătrânit și chinuit de gânduri. La 87 de ani nu prea mai ai ce să dovedești celor din jur sau ție însăți! Nici nu prea mai ai ce sa arăți. Nu mai sunt cum eram, nu mai arăt cum arătam. Îmi doresc ca publicul să mă țină minte așa cum eram înainte, de aceea am dispărut”, a declarat Ileana Stana Ionescu pentru cancan.ro.