Один из основателей Государственного института проектирования города (1929), с 1940 — руководитель Института градостроительства Академии архитектуры СССР. Доктор архитектуры (1940), член-корреспондент Академии архитектуры СССР (1941).

Опубликовал ряд статей в периодической печати («Архитектура Ленинграда», «Архитектура СССР»), посвященных планировке Ленинграда, Баку и общим проблемам архитектуры: «Стиль города», «Архитектура Ленинграда и русская национальная архитектура» (обе — 1940), «О Доме архитекторов» (1941) и другие.

Помимо основной деятельности, занимался станковой графикой; выполнял пейзажи и архитектурные виды (акварель, тушь, пастель, карандаш): «Крым» (1904), «Елагин остров» (1907), «Графский переулок. Петроград» (1922), «Дерево у лестницы» (1923), «Черное море у Мацесты» (1924), «Дюссельдорф. Старая церковь» (1925), «Кельн. Собор св. Мартина» (1926), «Долина Мацесты» (1926), «Столбы ворот у садика Зимнего дворца» (1933).

С 1907 — участник выставок (2-ая осенняя выставка картин в Петербурге). Экспонировал свои работы на выставках: «Московского товарищества художников» (1911), исторической выставке архитектуры при 5-м Всероссийском съезде зодчих (1913) в Москве, «Нового общества художников» (1910, 1913, 1914, 1917), «Мира искусства» (1917, 1918, 1922, 1924), группы «Шестнадцать художников» (1922, 1923, 1924), «Общества художников им. А. И. Куинджи» (1927), картин секции акварелистов Общества поощрения художников (1929) в Петербурге — Ленинграде, 5-й выставке живописи и графики современных русских художников в Феодосии (1929).

В годы Великой Отечественной войны занимался обмерами архитектурных памятников Ленинграда. Работал над рукописью историко-художественного очерка «Прогулки по Ленинграду», посвященного классической архитектуре города; выполнил серию иллюстраций к будущей книге. Погиб во время артобстрела; похоронен на Литераторских мостках Волковского кладбища.

В 2005 в Петербурге прошла мемориальная выставка Ильина, приуроченная к 125-летию со дня его рождения.

Творчество представлено в ряде музейных собраний, в том числе в Государственном музее истории Санкт-Петербурга, Научно-исследовательском музее Российской Академии художеств и других.