Від 1955 року працював на Київській кіностудії ім. О. П. Довженка, де був оператором фільмів: «Олекса Довбуш» (1959), «За двома зайцями» (1961; обидва – реж. Віктор Іванов), «Вечір на Івана Купала» (1968), «Свято печеної картоплі» (1976; обидва – реж. Юрій Іллєнко) та ін.; а також на Одеській кіностудії художніх фільмів – «Школа» (1980, 3 серії, реж. Михайло Іллєнко) та ін.

Як режисер поставив стрічки: «Повернення Вероніки» (1963), «Над нами Південний хрест» (1965), «Зозуля з дипломом» (1971; усі у співавторстві), «Передай далі» (1988), «Геллі і Нок» (1995, також співавтор сценарію і оператор; усі – Національна кіностудія художніх фільмів ім. О. Довженка), «Останній бункер» (1991, студія «ВТО “Фест-Земля”») та ін.

Від 1999 – завідувач кафедри операторської майстерності Інституту кіно і телебачення Київського університету культури і мистецтв.

Народний артист України (2000). Заслужений діяч мистецтв Абхазії (1971). Лауреат Державної премії України ім. О. Довженка за фільм «За двома зайцями» (1999).

Нагороджений орденом Трудового Червоного Прапора, медалями. Був членом Національної спілки кінематографістів України.

Старший брат Юрія та Михайла Іллєнків.

Помер 8 травня 2015 у Києві. Похований на Совському кладовищі.