С 1983 по 1992 год Андрей Ильин был женат на доценте кафедры мастерства актёра Театрального института имени Бориса Щукина Людмиле Ворошиловой.

С 1992 оп 2000 год состоял в фактическом браке с актрисой Александрой Табаковой.

В начале 2000-х годов Ильин был женат на тренере по плаванию Ольге.

С 2010 года Андрей Ильин состоит в фактическом браке с редактором на телевидении Ингой Руткевич. В 2013 году у пары родился сын Тихон.