Ha intrapreso lo studio del canto nel Conservatorio "Luisa d'Annunzio" di Pescara, sotto la guida di Maria Vittoria Romano, e si è quindi perfezionato a Bologna sotto la guida di Paride Venturi. Nel 1989 e 1991 ha vinto il Concorso Internazionale Toti Dal Monte di Treviso e vi ha debuttato con le opere Così fan tutte e Don Giovanni (Masetto).

Ha collaborato con i più importanti direttori d'orchestra:Peter Maag, Claudio Abbado, Riccardo Chailly, Myung-Whun Chung, sir John Eliot Gardiner, Daniele Gatti, Valery Gergiev, Bernard Haitink, Nikolaus Harnoncourt, Christopher Hogwood, Riccardo Muti, Seiji Ozawa, Antonio Pappano, Michele Mariotti, sir Georg Solti,James Levine,James Conlon,Gianandrea Gavazzeni,Yannick Nézet-Séguin,Gustavo Dudamel,sir Simon Rattle

È stato diretto dai più importanti registi d'opera: (Roberto De Simone, Daniele Abbado, Mario Martone, Peter Mussbach, Pier Luigi Pizzi, Luca Ronconi, Carlos Saura,Franco Zeffirelli).

È apparso nelle principali istituzioni teatrali del mondo: la Lyric Opera di Chicago, la Royal Opera House Covent Garden di Londra, il Teatro alla Scala di Milano, il Metropolitan Opera di New York, l'Opera di Parigi, il Teatro dell'Opera di Roma, il Teatro Comunale (Bologna), Il Teatro di San Carlo (Napoli), il Festival di Salisburgo, la Staatsoper di Vienna.

Ildebrando D'Arcangelo ha pubblicato come solista album di arie di Händel e Mozart con l'etichetta Deutsche Grammophon, oltre alla partecipazione a numerose incisioni di opere complete.