Родился в декабре 1922 года в деревне Новая (Кольчугинский район Ивановской области). Окончил 10 классов средней школы. 26 августа 1940 года добровольно вступил в ряды Красной Армии, призван Кольчугинским РВК. В июне 1941 года окончил Тбилисскую военную авиационную школу пилотов. Служил в 265-м ИАП (ВВС Закавказского военного округа).

С 9 января 1942 года старший сержант Н. Я. Ильин в действующей армии. По 7 мая 1942 года воевал в составе 265-го ИАП (25-я ИАД) на Крымском фронте, летал на И-16. С 17 октября 1942 года вёл боевую работу уже в 133-м ИАП (266-я ШАД, З-я Воздушная армия) на Калининском фронте, летая на Як-7Б. 3 декабря 1942 года командир звена 133-го ИАП старшина Н. Я. Ильин не вернулся с боевого задания, по документам числился пропавшим без вести, потом вернулся в полк (обстоятельства не известны).

С 15 декабря 1942 по 27 мая 1943 гг. полк находился в тылу на доукомплектовании, затем был в резерве. С 28 мая 1943 года приступил к боевой работе в составе 234-й ИАД (4-й САК, 15-я Воздушная армия) на Брянском фронте. С 6 по 14 июля 1943 года полк был передан в состав 16-й Воздушной армии Центрального фронта, затем вернулся на Брянский фронт. К тому времени младший лейтенант Н. Я. Ильин был уже заместителем командира и штурманом эскадрильи. С 14 августа по 26 сентября 1943 года полк находился в резерве СВГК (Московский военный округ) и перевооружался на Як-9Т. С 1 октября 1943 года приступил к боевой работе на Центральном фронте.

19 октября 1943 года командир эскадрильи 133-го истребительного авиационного полка (234-я истребительная авиационная дивизия, 6-й истребительный авиационный корпус, 16-я Воздушная армия, Центральный фронт) лейтенант Н. Я. Ильин не вернулся с боевого задания из района Лаево (пропал без вести). Всего совершил около 200 боевых вылетов, в воздушных боях сбил лично 9 и в составе группы 2 самолёта противника.

Награждён орденами: Красного Знамени (08.07.1942, 21.07.1943).