Illuste mõisat on esmakordselt mainitud 1646. aastal ning teada on, et keskajal kuulus Illuste ja selle lähim ümbrus Lihula tsisterlaste Pühavaimu nunnakloostrile. Vanimad andmed mõisa hoonestuse kohta on pärit 17.sajandi lõpukümnenditest. Nagu nähtub 1685. aasta Rootsi riigivõimu poolt koostatud mõisate reduktsiooniaktist, milles lisaks mõisa üldisele varanduslikule seisundile fikseeriti põhjalikult ka kõik mõisale kuulunud tollased hooned, koosnes selleaegne Illuste mõisaansambel kaheksast lihtsast rookatusega palkhoonest, mille hulka kuulusid nii peahoone, ait, hobusetall, laudad kui rehi.

Kahe mõisa pargid ulatusid omavahel otsapidi kokku ning pargi läänepoolses (merepoolses) osas asus mõisaomanike von Maydellide perekonnakalmistu. Illustet on nimetatud ka vanatüdrukute mõisaks, kuna von Maydellide perest elas seal kolm õde, kes kõik olid vanatüdrukud. 1917 hukati rüüstamise käigus õed ja ka nende vend viimane mõisaomanik Eduard Theodor von Maydell. Peale võõrandamist oli mõis kasutusel majandikeskusena, siis olid seal piirivalvurid, 1939. aastal vene sõjaväelased, edasi kasutati Illuste mõisat Tallinna Oktoobri rajooni pioneeride maja suvelaagrina, siis spordibaasina ning viimased aastakümned on seal toimunud Tallinna Kristiine linnaosa spordikooli suvelaagrid. aastal läks omandireformi tulemusena Illuste mõis Tallinna linna omandisse ning anti Tallinna Spordi-ja Noorsooameti valitsemisele ja bilanssi. aastal leiti aga, et mõisakompleksi pole otstarbekas senisel viisil edasi kasutada. 2013 aasta maikuus kuulutas Tallinna linnavaraamet välja avaliku kirjaliku enampakkumise, mille võitis MTÜ Siili Palliklubi. Siili Palliklubist eraldati iseseisva majandusüksusena Illuste mõis ning selle jaoks asutati 2014. aasta aprillikuus eraldi osaühing Illuste mõis OÜ, kes tegeleb mõisa haldamise, renoveerimise ja arendamisega.

1870. aastal müüdi Illuste mõis Otto von Uexkülli poolt aadliperekonnale von Maydellidele koos Paatsalu ja Vatla mõisatega. 1909. aastal süttis mõis põlema ning uus kahekorruseline juugendsugemetega heimatstiilis peahoone valmis mõisa arhitekt Otto Wildau projekti järgi 1912. Mõis kujunes tolle perioodi Eesti mõisahoonete hulgas üheks tähelepanuväärsemaks. Hoone on säilinud enam-vähem esialgsel kujul, vaid läänetiivas asunud ühekorruseline galerii on hävinud. 19. sajandi kaardimaterjali põhjal on kirjeldatav planeering tajutav ka tänapäeval. Arvestatavad kõrvalhooned puuduvad, kuna majandusmõisana kasutati naabruses olevat kõrvalhooneterikast Paatsalu mõisat. Nii kujuneski Illuste esindusmõisaks ja Paatsalu majandusmõisaks.