Архитектор Лев Александрович Ильин родился 13 июня 1880 года в селе Подоскляй Тамбовского уезда в семье юриста Александра Александровича Ильина. Отец готовил для своего сына карьеру военного, поэтому Лев поступил в петербургский Александровский кадетский корпус. Но мальчика привлекало искусство. Вопреки воле отца в 1897 году он поступил в Институт гражданских инженеров. Из-за ссоры с Александром Александровичем он на некоторое время оказался без финансовой поддержки, так что самостоятельно зарабатывать на жизнь стал рано.
По окончании института, даже не успев получить диплом, Лев Александрович отправился в путешествие в Италию. За границей он почувствовал недостаток художественного образования. В октябре 1903 года он стал учеником архитектурной мастерской известного зодчего Л. Н. Бенуа в Академии художеств.
Начало творческой карьеры Льва Александровича прошло в сотрудничестве с коллегой гражданским инженером А. Ф. Бубырём. Их самой известной постройкой в 1906 году стала школа рядом с Анненкирхе (ул. Кирочная, 8). Перед этим ими же рядом был построен жилой дом (Фурштатская ул. 9). В том же 1906 году Ильин спроектировал фасад дома №3 по проспекту Добролюбова. Совместно с А. И. Клейном он построил дом №66 по Загородному проспекту.
Лев Александрович Ильин в 1910-х годах стал автором проекта нового Пантелеймоновского моста, заменившего старый Цепной мост через Фонтанку. Он же занимался расширением Зелёного моста.
Главной работой Ильина до Революции стал комплекс городской больницы имени Петра Великого. Вместе с ним над этим проектом работали архитекторы А. И. Клейн и А. В. Розенберг. Работая над проектом больничного комплекса, Ильин впервые столкнулся с серьёзной градостроительной задачей. Здесь он не встраивал новое здание в уже сложившееся окружение, а создавал целый квартал, который решался как цельный архитектурный ансамбль.
Для своей семьи архитектор построил двухэтажный особняк (Песочная наб. 24), который, к сожалению, не сохранился.
Лев Александрович был активным членом Общества гражданских инженеров, Общества архитекторов-художников, вёл активную преподавательскую деятельность. В 1921 году он стал председателем общества "Старый Петербург", несколько лет был членом редакции журнала "Зодчий".
С 1918 по 1928 год Л. А. Ильин был директором (первым) Музея города, разместившегося в Аничковом дворце. Благодаря научной деятельности этого музея, архитектор получил достаточный объём теоретических знаний в области градостроительства. В середине 1920-х годов он включился в проектную работу Отдела коммунального хозяйства (Откомхоз), в ведении которого находился музей.
В конце 1923 года Ильин создал Комиссию по перепланировке Петрограда, на базе которой несколько позже было создано бюро по планировке Ленинграда. Проекты в бюро создавались как правило коллективно, но три из них Ильин выполнил лично. Им была спроектирована стрелка Елагина острова, пострадавшего от наводнения 24 сентября 1924 года. Он же перепланировал сквер на стрелке Васильевского острова, занимался переустройством Ленинградского зоосада.
Когда Бюро планировки Ленинграда начало заниматься размещением на новых городских пространствах жилгородков для рабочих, Лев Александрович фактически стал главным архитектором города. Он составил схему районирования Ленинграда, определившую перспективы развития города на долгие годы вперёд. По его инициативе прекратилось новое промышленное строительство в историческом центре, начался вывод на окраины вредных производств.
В 1940 году без защиты диссертации Льву Александровичу Ильину была присвоена степень доктора архитектуры. В следующем году он был избран членом-корреспондентом Академии архитектуры, стал профессором.
Лев Александрович Ильин погиб при бомбардировке Ленинграда фашистскими войсками в годы блокады. Его похоронили на Литераторских мостках.
