Илко Иларионов е роден на 30 септември 1954 г. в Плевен. Завършил е основно образование в училище "Васил Левски", а след това средното в Математическа гимназия "Гео Милев". През 1978 г. завършва класа по актьорско майсторство на проф. Надежда Сейкова в НАТФИЗ "Кръстьо Сарафов". Разпределен е в театъра в Плевен като актьор и играе 13 години. На плевенската театрална сцена има над 30 главни роли. През 1991 г. напуска театъра, за да може, както сам казва, да пише драматургия. След две години постъпва на работа като драматург в кукления театър.
Има написани над 30 пиеси, поставяни на театралните сцени в България и в чужбина. По-известните от тях са "Космонавти", реализирана от Държавния сатиричен театър - София, с участието на Стоянка Мутафова и Георги Калоянчев през 2005 г., "Молба до Господ" през 2003 г. в ДКТ "Иван Радоев" - Плевен със Стоянка Мутафова и Васил Попов, "Готината банда" в ДКТ "Иван Радоев" - Плевен през 2004 г. и други.
През миналата година Иларионов представи пред плевенска публика своята стихосбирка "Намерих те утре".