Nacido en Manila, Filipinas, pero criado en el País Vasco, José Antonio Illumbe comenzó su carrera profesional en el Logroñés, club con el que debutó en Segunda División en 1966, a los 20 años de edad, y con el que completó 14 intervenciones como titular, encajando 15 goles. Tras el descenso del equipo riojano, fichó por el Racing de Santander, donde como titular absoluto encajó 44 goles en 34 encuentros. Permaneció un año más en las filas cántabras tras haber perdido la categoría, hasta que en el verano de 1969 el Valencia CF lo fichó a cambio de 3 millones de pesetas y un partido amistoso.

Su fichaje sorprendió, porque el equipo de che parecía tener su puerta bien cerrada con Pesudo y Abelardo, pero el meta llegó con la intención de aprovechar una oportunidad que, sin embargo, no le llegó. Sólo jugó dos partidos de pretemporada y alternó apariciones con el Mestalla durante aquel curso, finalizado el cual prefirió marchar para intentar relanzar su carrera deportiva. Marchó al Pontevedra, donde jugó dos temporadas (55 partidos y 52 goles en contra), para finalizar su carrera deportiva en Osasuna.