Большую часть карьеры профессионального футболиста Ильин играл за столичный "Спартак"(1949-1962 года). В составе красно-белых нападающий пять раз становился чемпионом СССР (1952, 1953, 1956, 1958, 1962), по два раза выигрывал серебро (1954, 1955) и бронзу турнира (1957, 1961), также два раза становился обладателем Кубка СССР (1950, 1958 )и лучшим бомбардиром чемпионата страны (1954, 1958).
В составе сборной СССР Ильин выигрывал золото Олимпийских игр-1956, забив решающий гол в ворота сборной Югославии. Он также стал автором первого гола в истории кубков и чемпионатов Европы, забив мяч на 4-й минуте в ворота сборной Венгрии. После карьеры футболиста Ильин работал тренером школы "Спартак" в Москве (1963-1996). Ильин являлся кавалером ордена "Знак Почета", а также кавалером Ордена Дружбы.