Родился в 1903 г.
В 1925 г. приглашен на работу в Центральную школу-питомник военных и спортивных собак ее начальником Н. З. Евтушенко для чтения лекций курсантам совместно с другими учеными.
Там же по его предложению была создана научная лаборатория, которую он некоторое время возглавлял, внеся заметный вклад в дело создания научно-теоретической базы в развитии служебного собаководства.
Николай Александрович был выдающимся ученым, специалистом по генетике и селекции собак, он автор книг и многочисленных статей по вопросам генетики и собаководства.
Содействуя расширению теоретических знаний и приобретению практического опыта в работе со служебными собаками, Николай Александрович регулярно выступал с лекциями, публиковался в периодической печати по собаководству.
В 1932 г. выходит фундаментальный труд Н. А. Ильина «Генетика собак» — событие в научном мире не только в Советском Союзе, но и за рубежом. Он стал итогом кропотливой работы, результатом непосредственных исследований и экспериментов, произведенных в Центральной школе-питомнике в период с 1926 по 1930 гг. Книга нашла широкий отклик как в нашей стране, так и за рубежом.
Двумя годами ранее в журнале «Собаководство и дрессировка»
№ 1 и № 6, издававшемся в Центральной школе с 1927 г., были опубликованы статьи профессора Н. А. Ильина «Основные законы наследственности и кинологии» и «Скрещивание собак, отличающихся по многим признакам».
Как отмечалось в статьях: «Генетика стала обязательным предметом изучения всех собаководов Союза, а книги по ней — обязательным пособием в работе над собакой».
Профессором Н. А. Ильиным была проведена большая работа по скрещиванию лайки и немецкой овчарки. К сожалению, положительных результатов ученые не получили, и эксперимент был прекращен, но опыт Н. А. Ильина не пропал даром, он помог в дальнейшей работе школы. Соратники и ученики профессора пришли к выводу о необходимости массового скрещивания ряда пород собак в различных комбинациях.
С 1936 по 1948 гг. Николай Александрович — заведующий кафедрой биологии Первого Московского медицинского института, а с 1950 по 1953 гг. — Кишиневского мединститута.
В 1953–1955 гг. — научный сотрудник Академии наук СССР.
Выдающийся ученый по генетике и селекции собак, он автор книг и многочисленных статей по генетике и собаководству.
Несмотря на то, что профессор Н. А. Ильин составил «шестилетку» научной работы школы, работа эта в первые годы шла довольно бессистемно, ощупью, так как не было опыта, который выдвигал бы на первый план наиболее актуальные проблемы.