Николай Яковлевич Ильин родился в 1922 году в селе Чернухино (поселок городского типа Перевальского района Луганской Народной Республики) в семье рабочего. После окончания средней школы № 6 работал слесарем в пункте контроля автотормозов (АКП) вагонного депо «Дебальцево-Сортировочное» Донецкой области.

С началом Великой Отечественной войны, не дожидаясь призыва, сам пришел в военкомат. В феврале 1942 года был направлен в действующую армию заместителем политрука в 50-й гвардейский стрелковый полк (15-я гвардейская стрелковая дивизия, 57-я армия, Сталинградский фронт). Николай Ильин стал одним из инициаторов снайперского движения на Сталинградском фронте.

16 октября 1942 года Николаю Ильину вручили снайперскую винтовку имени Героя Советского Союза Хусейна Андрухаева на прикладе которой командование 136-й стрелковой дивизии Южного фронта, в память о герое прикрепило металлическую пластинку с надписью «Имени Героя Советского Союза Х. Андрухаева». К моменту вручения винтовки, на счету Ильина было уже 115 уничтоженных фашистов. После гибели Н. Ильина винтовка № КЕ-1729, к которой прикрепили табличку с надписью: «Имени Героев Советского Союза X. Андрухаева и Н. Ильина».

С 18 октября по 1 ноября 1942 года на участке сел Дубовый Овраг — Большие Чапурники за 11 дней снайперской охоты Ильин уничтожил 95 вражеских солдат. К февралю 1943 года Николай Ильин застрелил 216 солдат и офицеров противника. Всего на счету Николая Ильина к моменту гибели было 494 врага. За мужество и отвагу в борьбе с немецкими оккупантами Николай Ильин был награжден орденом Красного Знамени.

Президиум Верховного Совета СССР Указом от 8 февраля 1943 года за мужество и воинскую доблесть, проявленные в боях с врагами, ему было присвоено звание Героя Советского Союза с вручением ордена Ленина и медали «Золотая Звезда».

После разгрома вражеской группировки под Сталинградом 15-я гвардейская стрелковая дивизия, в которой служил Ильин, с боями достигла реки Северский Донец и заняла оборону.

Николай Ильин погиб в бою за село Ястребовое (Курская область) 25 июля 1943 года. Уничтожив в этом ожесточенном сражении 35 гитлеровцев, он был убит пулеметной очередью, когда целился в тридцать шестого. На боевом счету Николая таким образом оказалось 494 вражеских солдата и офицера. Легендарную снайперскую винтовку передали сержанту Гордиенко, снайперу из взвода Ильина. Афанасий Гордиенко погиб в том же 1943 году в бою под Харьковом, а винтовка впоследствии была передана в Центральный музей Вооруженных сил СССР.

Николай Яковлевич Ильин похоронен в селе Никольское (Шебекинский район современной Белгородской области), где установлена мемориальная доска.

Память о снайпере Ильине:
Мемориальная плита Н.Я. Ильина на Мамаевом кургане в Волгограде. Именем Николая Ильина названа улица в Волгограде.

Именем Николая Ильина названа улица в городе Владимир-Волынский. Именем Николая Ильина названы улица и школа № 6 в городе Дебальцево, где воздвигнут памятник. На здании депо станции Дебальцево—Сортировочная установлена мемориальная доска. 16 апреля 1964 года Николай Яковлевич Ильин зачислен навечно в списки гвардейского мотострелкового полка. В 1966 году была выпущена почтовая марка СССР, посвящённая Ильину.