Виктор Леонидович Ильченко родился 2 января 1937 года в Борисоглебске в семье лётчика. Его отец погиб в 1941 году при обороне Киева во время Великой Отечественной войны.
В 1954 году окончил Борисоглебскую школу № 5, где активно участвовал в драматическом кружке.
После окончания школы поступил в Одесский институт инженеров морского флота, который закончил в 1959 году. Ещё будучи студентом, вместе создали студенческий театр «Парнас-2», где он руководил и которым активно занимался.
С 1963 года работал в Ленинградском театре миниатюр Аркадия Райкина, где также трудился Роман Карцев. В этот период у Ильченко и Карцева была собственная концертная программа.
В 1969 году Ильченко и Карцев создали Одесский театр миниатюр, выпустив три программы, которые стали известными: «Как пройти на Дерибасовскую», «Встретились и разбежались», «Искренне ваш». Они также стали лауреатами четвёртого Всесоюзного конкурса артистов эстрады в 1970 году.
В 1979 году Ильченко и Карцев переехали в Москву, где присоединились к Московскому театру миниатюр (переименованному в театр «Эрмитаж»), где играли в различных спектаклях под руководством Михаила Левитина. В 1988 году они создали свой собственный Московский театр миниатюр.
Виктор Ильченко скончался 21 января 1992 года от рака желудка, находясь на 56-м году жизни. Похоронен на Троекуровском кладбище в Москве (участок № 2).
