Андрей Епифанович Ильин родился 18 июля 1960 года в российском городе Горький (с 22 октября 1990 года Нижний Новгород), в семье водителя Епифана Ильина и его супруги Зинаиды, завхоза в ПТУ. У Андрея был старший брат Валерий, который погиб в возрасте 28 лет.

Еще во время учебы в школе Андрей Ильин решил стать актером, ему нравилось заниматься в драматическом кружке и принимать участия в различных школьных постановках.

Окончив восемь классов общеобразовательной школы, Андрей поступил в Горьковское театральное училище, обучение актерскому мастерству в котором завершил в 1979 году.

В том же 1979 году стал актером Рижского театра русской драмы, работу в котором начал совмещать с учебой в Латвийской государственной консерватории имени Язепа Витола.

В 1981 году Андрей Ильин дебютировал на киноэкранах, исполнив эпизодическую роль в художественном фильме «Следствием установлено».

В 1983 году, после окончания консерватории, Андрей был призван в армию.

В 1989 году Ильин из Рижского театра русской драмы перебрался в Московский театр имени Моссовета, в котором был актером до 2000 года. За это время Андрей сыграл в 9 спектаклях, среди которых «Двенадцатая ночь» и «Венецианский купец» Шекспира, «Калигула» Альбера Камю, «Милый друг» Ги де Мопассана и другие.

В 1995 году Андрей сыграл роль Феликса Раевского в драме Петра Тодоровского «Какая чудная игра», а в 1999 году исполнил второстепенные роли в сериалах «Досье детектива Дубровского» и «Каменская».

В 2000 году Ильин вместе с Сергеем Баталовым исполнили главные роли в криминальной комедии «Артист и мастер изображения».

В том же 2000 году актер перешел в Московский Художественный театр имени А. П. Чехова, в котором работал на протяжении шести лет. Среди постановок театра с его участием «Преступление и наказание», «Священный огонь», «Кабала святош» и «Нули».

С 2001 по 2004 год Ильин также сотрудничал с московским театром «LA’Театр», а с 2004 оп 2007 год с московским театральным агентством «Арт-партнёр ХХI».

В 2004 году Андрей появился в роли киллера по кличке Лопух в мини-сериале «Усадьба», а также исполнил роль советского разведчика, польского еврея Леопольда Треппера, работавшего в 30-е – 40-е годы под псевдонимом Жан Жильбер в биографической многосерийной драме «Красная капелла».

В 2005 году актер исполнил роль князя Голицына в сериале «Сатисфакция», а в 2006 году наркодельца Стенина сериале «Вызов».

В том же 2006 году Ильин появился в триллере «Обратный отсчет» и «Пушкин: Последняя дуэль». В последнем вместе с ним снялись Сергей Безруков, Анна Снаткина, Виктор Сухоруков и Евгений Стычкин.

В 2007 году он снялся в драме «Кука», где ему досталась роль Льва Аркадьевича.

В 2009 году актер предстал в образе Альберта Эйнштейна в сериале «Вольф Мессинг: видевший сквозь время».

В том же 2009 году Андрей играл ведущие роли в театральных постановках «Он, она и Дженни» и «Кто», сотрудничая с театральным агентством «Ир-Сервис» и проектом «Другой театр», соответственно.

В 2010 году Ильин появился в фильме «Счастье по контракту» и сериалах «Нанолюбовь», «Гаражи» и «Военная разведка: Западный фронт».

В 2011 году актер исполнил роль Андрея Печерского в сериале «Метод Лавровой», а в 2012 году роль Семичастного в сериале «Однажды в Ростове».

Кроме того, в 2011 году Андрей был удостоен ордена Дружбы за большие заслуги в развитии отечественной культуры и искусства, многолетнюю плодотворную деятельность.

В 2013 году Андрей Ильин появился на киноэкранах в роли Елагина в фильме «Василиса», а также исполнил главные роли в сериалах «Майор полиции» и «Комплекс полноценности». В последнем вместе с ним снялась Елена Корикова.

В 2014 году Ильин вместе с Ириной Поладько и Ольгой Красковской снялся в сериале «Старшая дочь».

В 2015 году с участием Андрея Ильина вышел мини-сериал Бориса Грачевского «Между нот или Тантрическая симфония».

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.