С. П. Ильин родился в 1915 году в селе Кривое Павлодарского района Павлодарской области. Русский, член КПСС. Призван в Красную Армию 4 января 1942 года Беговатским райвоенкоматом Ташкентской области. На фронте с 1 апреля 1942 года.
Звание Героя Советского Союза С. П. Ильину присвоено 30 октября 1943 года.
В конце августа 1943 года перед командиром отделения 99-го отдельного саперного батальона 69-й Краснознаменной Севской стрелковой дивизии старшим сержантом С. П. Ильиным была поставлена боевая задача в сложных условиях навести мост через реку Сева.
Участок, где предстояло навести мост, находился в нескольких десятках метров от нашего переднего края. Траншеи противника были чуть дальше. Саперы Ильина с честью выполнили это трудное и ответственное задание. Тщательно разведав участок работ, они в одну ночь поднесли необходимые строительные материалы, и мост через реку Сева был наведен. Командир отделения С. П. Ильин за выполнение этой боевой задачи был награжден медалью «За отвагу».
Продвигаясь с боями, часть, где служил С. П. Ильин, в сентябре 1943 года подошла к реке Сож. Отделение старшего сержанта Ильина получило приказ обеспечить переправу стрелкового полка на правый берег реки. Для ускорения переправы саперы перебросили через реку трос, по которому пустили плот. Вражеская артиллерия беспрерывно вела огонь по плоту, неоднократно его разбивала, но отважная группа солдат тут же чинила его и продолжала переправлять наших бойцов и технику. Один из снарядов перебил трос, и плот погнало вниз по течению. Не раздумывая, командир отделения бросился в воду, вплавь догнал плот и причалил к берегу.
Во время этой операции Ильин был ранен. После выздоровления, в октябре 1943 года, С. П. Ильин вернулся а свою часть. Дивизия готовилась к форсированию Днепра. Под непрерывным пулеметным, минометным и артиллерийским огнем старший сержант Ильин первым переправил десантный взвод на западный берег Днепра.
Высадив пехоту, Ильин бросился к пулемету, открыл огонь по бегущим гитлеровцам и помог взводу ворваться в траншеи врага.
И еще один боевой эпизод. В одну из переправлявшихся лодок попала вражеская мина, образовав большую пробоину. Несколько человек было ранено. Лодка начала тонуть. Старший сержант Ильин, взяв телефонный провод, бросился в воду, а другой конец провода приказал держать сержанту Комаренко. Подплыв к тонущей лодке, Ильин привязал провод за пушку, а потом своим телом закрыл пробоину. Подоспевшие артиллеристы подтянули лодку к берегу и спасли орудие.
Возвратясь на восточный берег, Ильин быстро отремонтировал лодку и переправил на ней еще два взвода пехоты.
В тот день, пытаясь сбросить в Днепр отважных десантников, гитлеровцы предприняли семь контратак. Во время последней контратаки танки с вражеской пехотой достигли наших траншей. Завязался рукопашный бой, в котором Ильин также проявил смелость и отвагу. Не выдержав дружного отпора, враг, несмотря на численное превосходство, вынужден был отступить.
За форсирование Днепра Степан Петрович Ильин удостоен высокого звания Героя Советского Союза.