Андрей Ильин родился 18 июля 1960 года в городе Горький (сейчас Нижний Новгород). Отец — водитель, мама — завхоз в ПТУ.
В 1979 году окончил Горьковское театральное училище (курс Б. Наровцевича).
Играя в Рижском театре русской драмы, параллельно учился в консерватории. В 1983 году окончил Рижскую консерваторию (мастерская А. Каца).
С 1979 по 1989 — актёр Рижского театра русской драмы. С 1989 по 2000 — актёр театра им. Моссовета. С 2000 по 2006 — актёр МХТ им. А. Чехова.
Работает с Театром им. Моссовета, ТК «Арт-партнер XXI», La’Театром, ТО «Дуэт».
Широкую известность актёру принесла неприметная роль Лёши Чистякова — мужа Анастасии Каменской (Елена Яковлева), главной героини сериала «Каменская»