Сергей Васильевич Ильюшин родился в 1894 г. в крестьянской (см. крестьянин) семье в деревне под Вологдой. С 1919 г. служил в Красной Армии. В 1926 г. окончил Военно-воздушную академию имени профессора Н. Е. Жуковского. Работал в конструкторских бюро, деятельность которых была связана с развитием военной, пассажирской и транспортной авиации. В 1933 г. возглавил Центральное конструкторское бюро (ЦКБ) при московском заводе имени В. Р. Менжинского, впоследствии получившее название «КБ Ильюшина». Под его руководством созданы штурмовики Ил-2, Ил-10, бомбардировщики Ил-4, Ил-28, пассажирские самолёты Ил-12, Ил-14, Ил-18, Ил-62, а также ряд опытных и экспериментальных самолётов.

Ильюшин — академик АН СССР, генерал-полковник инженерно-технической службы, трижды Герой Социалистического Труда. Награжден 8 орденами Ленина (см. В. И. Ленин).

Умер Ильюшин в 1977 г. в Москве, похоронен на Новодевичьем кладбище.

Имя Ильюшина носит Московский машиностроительный завод. Его именем также названы улицы в Москве, Санкт-Петербурге и других российских городах.

Самолёты, носящие название ИЛ в разговорной речи называют илы.