Родился 31.3.1927 в Москве в семье авиаконструктора С. В. Ильюшина. Русский. Член КПСС с 1951. В 1943 окончил 8 классов, работал мотористом на авиационном заводе, учился на подготовительном отделении Московского авиационного института.

В Советской Армии с 1944. В 1949 окончил военно-авиационное училище летчиков, в 1951 — Военно-воздушную инженерную академию.

С 1957 работал летчиком-испытателем.

Звание Героя Советского Союза подполковнику Ильюшину присвоено 5.10.60 за успешное испытание новой авиационной техники и проявленные при этом мужество и героизм.

Совершил ряд рекордных полетов.

Генерал-лейтенант авиации, заместитель главного конструктора.

Награжден орденами Ленина, Красного Знамени, Трудового Красного Знамени, Красной Звезды, «Знак Почета», медалями.

Лауреат Ленинской премии, заслуженный летчик-испытатель СССР.