Воспитанник одесской СДЮСШОР «Черноморец». Первый тренер — Г. Ф. Кривенко.
В 1992 году сыграл три матча за сборную Украины. За сборную России провёл 28 матчей, забил 4 гола. Известен тем, что во встрече с Францией в рамках отбора на Евро 2000 отдал голевой пас на Валерия Карпина, гол которого принёс России победу.
Участник чемпионата мира 1994 года. Участник чемпионата Европы 1996 года.
Послеигровая карьера Цымбаларя началась с работы вице-президентом клуба «Анжи» в 2002 году. С 2003 по август 2004 года возглавлял дублирующий состав московского «Спартака». С сентября по ноябрь 2004 года был тренером ФК «Химки».
10 июня 2006 года Илья Цымбаларь стал главным тренером команды «Спартак-МЖК» из Рязани и в этом же сезоне вывел клуб в первый дивизион. По итогам сезона он был признан лучшим тренером Второго дивизиона зоны «Центр». В декабре 2006 года руководство команды не сумело достигнуть договорённости с тренером о продлении контракта, и он покинул Рязань.
С февраля 2008 года Цымбаларь являлся главным тренером футбольного клуба «Нижний Новгород», который в 2008 году начал выступления во Втором дивизионе. На этом посту он сменил другого молодого тренера, также участника чемпионата мира 1994 года, Дмитрия Кузнецова, проработавшего с командой меньше двух месяцев.
23 июня 2008 года по семейным обстоятельствам — в связи со смертью матери — покинул пост главного тренера ФК «Нижний Новгород». Осенью вернулся в тренерский штаб нижегородского клуба. 29 ноября 2008 года вновь назначен главным тренером. В январе 2009 года снова ушёл с поста, по собственному желанию.
22 декабря 2009 года назначен помощником Игоря Ледяхова, ставшего в тот же день главным тренером ярославского «Шинника». 11 мая 2010 года контракт с Ледяховым был расторгнут по обоюдному согласию. Вместе с Ледяховым покинул «Шинник» и весь тренерский штаб клуба, в том числе и Цымбаларь.
С 2010 года — старший тренер ФК «Химки».