E' capo del Dipartimento Virologia dell'Istituto Zooprofilattico Sperimentale delle Venezie, Padova, e responsabile del Centro di referenza nazionale per l’influenza aviaria OIE / FAO. Il suo staff svolge attività diagnostica, produce reagenti, sperimenta vaccini e svolge ricerche a livello internazionale. Nel 2005 Ilaria Capua è stata nominata presidente dell'OFFLU, il network veterinario nato per gestire l’emergenza dell’influenza aviaria dal punto di vista della sanità animale. Ilaria Capua è autrice di oltre 180 pubblicazioni, prevalentemente dedicate alle malattie virali dei polli.

Direttore del Centro nazionale di epidemiologia, sorveglianza e promozione della salute (Cnesps), Istituto superiore di sanità. Nominata nel 1988 membro del Centro operativo Aids presso l'ISS, è stata membro della consulta Aids e rappresentante italiano nel Programme Management Group for Aids presso il WHO Collaborating Centre for Surveillance and Aids Monitoring, con sede a Parigi. Da allora ha svolto numerosi incarichi internazionali, molti dei quali ancora in corso. Dal 1999 è docente presso la Scuola di specializzazione in igiene e medicina preventiva della Facoltà di Medicina dell’Università Tor Vergata di Roma.