Izabran je u prvom krugu (20.ukupno) na NBA draftu1996. godine od strane Cleveland Cavaliersa. Već u početcima dosta se mučio s ozljedama stopala pa je zbog toga i propustio sezonu 1996./97. Usprkos biranju u All-Rookie petorku i potpisivanjem ugovora od 70.9 milijuna $ za šest godina, Ilgauskas je nastupio u samo pet utakmica sljedeće dvije sezone. U sezoni 2000./01. Ilguskas je bio startni centar momčadi, ali se ubrzo opet ozljedio i bio nedostupan do kraja sezone. Vratio se u prosincu2001. godine, ali je ulazio s klupe kao zamjena za Chrisa Mihma. Sezona 2002./03. je bila puno bolja za Ilgauskasa od dosadašnjih. Ilgauskas je bilježio 17.2 poena i 7.5 skokova i izabran je na All-Star utakmicu, ali Cavsi su sezonu završili s trećim najgorim omjerom u povijesti (17-65). Dolaskom LeBrona Jamesa u Cavse stvari su se promijenile na bolje. Ilgauskas je u iduće tri sezone propustio samo 9 utakmica i ponovno je izabran na All-Star2005. godine. Ilgauskas je naknadno potpisao novi ugovor 2005. godine od 55 milijuna $ za 5 godina. S Cavsima je izborio NBA finale 2007. i 2009. ostvario najbolji omjer pobjeda i poraza 66-16 u povijesti kluba. 17. veljače2010. Ilgauskas je mijenjan u Washington Wizardse kao dio velike zamjene u kojoj su sudjelovali tri momčadi.[1] Nakon nekoliko dana, Ilgauskas je s Wizardsima dogovorio otkup ugovora čime je postao slobodan igrač. 23. ožujka2010. Ilgauskas je potpisao jednogodišnji ugovor s Cleveland Cavaliersima te se tako vratio u momčad kao zamjena za ozlijeđenog Shaquillea O'Neala.[2]
