Годы, проведенные в училище, оставили глубокий след в памяти архитектора. Его учителями были известные русские художники В.Е. Маковский, В.Д. Поленов, И.М. Прянишников, Г.Е. Перов, Е.С. Сорокин.

С 1891 по 1894 г. И.Е. Бондаренко обучался на архитектурном отделении Цюрихского политехникума. Кроме занятий учебой Илье Евграфовичу приходилось зарабатывать на жизнь, в чем ему помог Иван Абрамович Морозов, знакомство с которым состоялось здесь же, в Цюрихе. Для фабрики Морозова Илья Евграфович нарисовал несколько образцов раскраски набивных ситцев.

После окончания политехникума он возвращается в Москву, где начинает работать помощником архитектора в строительной конторе Московского купеческого общества под руководством архитектора В.Г. Сретенского.

1895 и 1896 гг. запомнились Илье Евграфовичу интересной работой в архитектурной мастерской Ф.О. Шехтеля. «Школа была хорошая, строительные работы и, особенно, отделочные, выполнялись первоклассными мастерами», — вспоминал Илья Евграфович.

Зимой 1896 г. от Шехтеля поступило приглашение приехать в Нижний Новгород и принять должность архитектора Всероссийской промышленной и художественной выставки, которая состоялась летом того же года.

Вероятно, время работы Бондаренко в мастерской Шехтеля стало хорошей школой для начинающего архитектора. После ухода из мастерской Федора Осиповича Илья Евграфович начал работать самостоятельно, что позволило ему посвящать больше свободного времени изучению русского искусства. Он начал регулярно заниматься в Императорском Историческом музее, сблизился с главным хранителем А.В. Орешниковым, благожелательно отнесшимся к изысканиям архитектора. Не обошел своим вниманием Бондаренко богатейшее собрание музея П.И. Щукина, где изучал и зарисовывал предметы декоративно-прикладного искусства.

С этой же целью Илья Евграфович предпринял поездку по старым русским поволжским городам вместе с профессиональным фотографом Д.И. Певицким, где ими были обследованы и сфотографированы памятники зодчества Углича, Мологи, Романово-Борисоглебска, Костромы, Решмы, Кинешмы, Балахны, Нижнего Новгорода.