Figlia degli attori e doppiatori Vittorio Stagni e Lorenza Biella, è madre di Jacopo Castagna, avuto dal direttore del doppiaggio Anton Giulio Castagna. Ilaria Stagni ha doppiato spesso bambini maschi, tra i quali Bart Simpson della serie animata I Simpson, Macaulay Culkin in Mamma, ho perso l’aereo e Barret Oliver ne La storia infinita.
Tra le attrici cui ha prestato più spesso la voce ci sono Mira Sorvino, Winona Ryder, Charlize Theron, Jennifer Lopez e Samantha Morton. Tra le altre attrici doppiate Jessica Biel in The Illusionist – L’illusionista e Settimo cielo, Nicole Eggert in Baby Sitter, Kim Fields (Tootie del telefilm L’albero delle mele), Claire Danes in Stardust, Eva Longoria, Salma Hayek, Christina Ricci, Natalie Portman, Sienna Miller, Patricia Arquette, e Jennifer Connelly in Phenomena e Labyrinth. Ha anche ridoppiato Shirley Temple in alcuni suoi film, come Riccioli d’oro, Zoccoletti olandesi e La piccola principessa.
Nel campo dell’animazione la Stagni ha prestato la voce a Shippo, personaggio dell’anime giapponese Inuyasha, a Shampoo in Ranma 1/2. Nel 1993 ha inoltre dato voce al topo Jerry Mouse in Tom & Jerry: Il film, e nel 1995 alla protagonista di Pocahontas; nel 1999 a Terk nel film Disney Tarzan e nel 2000 a Baba in Galline in fuga e Cielo in La strada per El Dorado. È inoltre stata la voce di Jessie nei film Toy Story 2 – Woody e Buzz alla riscossa, Toy Story 3 – La grande fuga e Toy Story 4. Tra i doppiaggi più significativi avuti nei telefilm, quelli di Mayim Bialik in Blossom – Le avventure di una teenager, di Hannah Murray nel telefilm Skins e Kimberly Williams nella mini-serie tv Il magico regno delle favole.
Ha lavorato in esclusiva con la CVD dal 1997. Successivamente è divenuta una doppiatrice libera. Nel 2006 ha vinto il Leggio d’oro per la miglior interpretazione femminile dell’anno per il doppiaggio di Jennifer Lopez in Il vento del perdono. Dal 2009 interpreta nella trasmissione radiofonica Il ruggito del coniglio il personaggio di Nadia Cartocci, una ragazza assuefatta al social network Facebook.
