Отец — Ильин Михаил Алексеевич (1903—1962), работал портным в «Метрополе». Мать — Ильина Александра Васильевна (1903—1982), работала медсестрой. Супруга — Ильина (в девичестве — Шамрай) Галина Яковлевна, гимнастка, чемпионка Олимпийских игр 1952 года в командном первенстве и абсолютная чемпионка мира 1954 года в индивидуальном зачёте и в командном первенстве.
В 1948 году сборная команда юношей Москвы, куда попал 17-летний Ильин, выиграла Кубок СССР. Его тренировки проходили на спартаковской базе в Тарасовке, где Ильин был замечен Петром Исаковым и приглашён в «Спартак». Сначала играл за дублёров, летом 1949 года впервые вышел за основной состав, заменив по ходу матча с ЦДКА Сергея Сальникова.
В 1952 году был включён состав сборной СССР, которая принимала участие в Олимпийских играх в Хельсинки. В первом матче, который состоялся в Котке с болгарами (2:1), он получил травму и в двух последующих матчах не играл. В 1954 года, забив 11 мячей, оказался наряду с ленинградцем Антонином Сочневым («Трудовые резервы») самым результативным нападающим чемпионата СССР.
Заслуженный мастер спорта СССР (1957). Забил решающий гол в финале Олимпийских игр в Мельбурне (1956) в ворота сборной Югославии. Также стал автором первого гола в истории чемпионатов Европы, забив мяч на 4 минуте в ворота сборной Венгрии. В 1957 году входил в состав сборной Советского Союза, которая первенствовала в Москве на III международных дружеских спортивных играх молодёжи. В трёх матчах, включая финал с венграми, забил четыре мяча.
На мировом первенстве в Швеции (1958) обеспечил выход советской сборной в четвертьфинал, забив единственный гол в дополнительной игре с англичанами. В том же году стал лучшим бомбардиром первенства страны, став автором 19 голов. Всего в составе «Спартака» провёл 227 матчей, забив 83 мяча.