В январе 1942 года Ильин был призван на службу в Рабоче-крестьянскую Красную Армию. С апреля того же года — на фронтах Великой Отечественной войны[2][3]. 26 августа 1943 года участвовал в боях на реке Сев, где под огнём противника навёл штурмовой мостик и без задержки переправил стрелковую роту, за что был награждён медалью «За отвагу»[3].
В сентябре 1943 года обеспечивал переправу стрелкового полка через реку Сож. Когда вражеский снаряд перебил трос и плот понесло по течению, Ильин бросился в воду, вплавь догнал его и причалил к берегу[3].
4 октября 1943 года в ходе операции на реке Сож получил ранение, но вскоре вернулся в свою часть[3].
К октябрю 1943 года старший сержант Степан Ильин командовал отделением 99-го отдельного сапёрного батальона 69-й стрелковой дивизии 65-й армии Центрального фронта. Отличился во время битвы за Днепр[4].
15 октября 1943 года Ильин со своим отделением переправился через Днепр в районе посёлка Лоев Лоевского района Гомельской области Белорусской ССР. Под непрерывным огнём он переправил на западный берег три стрелковых взвода и артиллерию. Спасая тонущую лодку с пушкой, бросился в воду, привязал трос и закрыл пробоину своим телом. В тот же день принял активное участие в боях на западном берегу, отразив семь немецких контратак и проявив отвагу в рукопашном бою[2][3][4].
Указом Президиума Верховного Совета СССР от 30 октября 1943 года за «образцовое выполнение боевых заданий командования на фронте борьбы с немецкими захватчиками и проявленные при этом мужество и героизм» старший сержант Степан Ильин был удостоен высокого звания Героя Советского Союза с вручением ордена Ленина и медали «Золотая Звезда» за номером 1580[2][3][4].
В 1946 году Ильин был демобилизован. В 1960 году он окончил мелиоративный техникум, после чего работал гидротехником. Проживал в Ташкенте.
Скончался 2 ноября 1993 года, похоронен на Аллее Героев Ташкентского Воинского кладбища[4].
