В.П. Ильин является ведущим специалистом в области прикладной математики и информатики, автор более 300 научных работ, из них 11 монографий и 3 авторских свидетельства.
Основные научные результаты Ильина В.П.: экономичные прямые и итерационные алгоритмы решения систем алгебраических уравнений и проблемы собственных значений, компактные методы конечных разностей, конечных объемов и конечных элементов повышенной точности для аппроксимации смешанных краевых задач, эффективные многосеточные методы и декомпозиция областей для решения многомерных уравнений матфизики, вычислительно-информационные технологии математического моделирования в электрофизике и других прикладных областях, распараллеливание алгоритмов и их отображение на архитектуру многопроцессорных вычислительных систем.
Под его руководством в течение многих лет выполняются работы по грантам РФФИ и РАН, международным и региональным проектам. Он многократно участвовал в международных конференциях, читал лекции по приглашениям ведущих зарубежных университетов и научных центров.
Ильин В.П. ведет с 1964 года преподавательскую работу в Новосибирском госуниверситете и является профессором кафедры "Вычислительная математика". 34 его ученика защитили кандидатские диссертации, из них 5 являются докторами наук.
Ильин В.П. - член редколлегий "Сибирского журнала вычислительной математики" и "Сибирского журнала индустриальной математики", член двух диссертационных докторских советов, неоднократно участвовал в организации Международных научных конференций.