Ильин Олег родился 21 декабря 1967 года в поселке Краснооктябрьский, Республика Киргизия. В 1989 году, окончил Рязанское Высшее Военное Командное Училище Связи имени Маршала Советского Союза Захарова. Непосредственно по окончании военного ВУЗа, продолжил службу в 701-м отдельном батальоне Воздушно-Десантных Войск, где занял должность командира парашютно-десантного взвода. Позднее, являлся командиром парашютно-десантной роты.
Начиная с 1995 года, Ильин проходил службу в органах ГосБезопасности РФ. В июне 1995 года, вошел в состав Управления «В», более известного как группа «Вымпел». Принимал непосредственное участие в боевых действиях периода первой и второй чеченских войн.
Так же, являлся участником операций по освобождению заложников в дагестанском селе «Первомайское» в январе 1996 года. С августа по сентябрь 1999 года, участвовал в боевых действиях на территории Республики Дагестан.
В 2000 году, офицер получил дополнительное образование, успешно завершив курс обучения в Академии Федеральной Службы Безопасности Российской Федерации.
В составе группы «Вымпел» 1 сентября 2004 года, Ильин прибыл в город Беслан, Северной Осетии, где банда в составе 32 террористов захватила заложников в здании средней школы №1.
Во время проведения операции по освобождению заложников 3 сентября 2004 года, удерживаемых в здании школы, подполковник Ильин собственным телом прикрывал от вражеских пуль спасаемых детей. Получил ранение, но остался в строю. Затем ворвался в здание школы, где обнаружил группу террористов, готовых к прорыву из здания. В упор уничтожил двоих боевиков. Отвлекая внимание бандитов на себя, спас жизнь следовавшим за ним бойцам и обеспечил своими действиями уничтожение группы террористов. Погиб при штурме в результате ранения в голову.
Похоронен на московском Николо-Архангельском кладбище.
Указом Президента Российской Федерации 6 сентября 2004 года подполковнику Ильину Олегу Геннадьевичу присвоено звание Героя Российской Федерации посмертно.
Приказом Министра обороны Российской Федерации от 14 февраля 2005 года, Герой Российской Федерации подполковник Олег Ильин навечно зачислен в списки Рязанского ВВКУС имени Маршала Советского Союза Захарова, а на аллее Героев Рязанского высшего воздушно-десантного командного училища имени Маргелова установлен памятный бюст Героя.