Родился в Ленинграде, окончил Санкт-Петербургскую консерваторию по классу профессора Валерия Соболева.
В 1993–1995 – солист оркестра Мариинского театра, в 1995–2000 – Заслуженного коллектива России академического симфонического оркестра Петербургской филармонии. В составе этого коллектива играл под управлением Юрия Темирканова, Мариса Янсонса и других дирижеров.
С 2000 года – солист симфонического оркестра Мариинского театра, в составе которого принимал участие в зарубежных гастролях и записях дисков. Исполнял сольные партии английского рожка в операх «Макбет» Верди, «Тристан и Изольда», «Валькирия», «Зигфрид» Вагнера, «Хованщина» Мусоргского и многих других спектаклях, а также в концертных программах. Об исполнении Ильиным соло в Восьмой симфонии Шостаковича на гастролях Мариинского театра в Карнеги-холле в 2013 году одобрительно отозвался музыкальный критик газеты New York Times.
Помимо работы в оркестре, Илья Ильин неоднократно выступал с сольными программами и в ансамбле на сценах Петербургской филармонии, Мариинского театра и других площадках города.