Родился в семье крестьянина.
Окончил 7 классов. Работал буровым мастером.
В Красной Армии с июля 1943 года.
На фронтах Великой Отечественной войны с октября 1943 года. После госпиталя в начале 1944 года прибыл в Железную и зачислен в 8-ю разведроту.
За мужество в боях награждён орденом Славы 3-й степени в августе 1944; 2-й степени — в октябре 1944.
Помощник командира взвода разведки старший сержант П.Е. Ильин на своем счету имел 22 «языка», 12 раз ходил в тыл противника, всегда приносил ценные сведения.
14 апреля 1945 с группой из четырёх человек в горно-лесистой местности перешёл передний край обороны противника, углубился до 8 километров, добыл необходимые данные. На обратном пути напал на группу гитлеровцев, уничтожил 5 немцев и одного захватил живым. Без потерь вернулся в свое расположение.
5 мая при ведении разведки в районе Фридланта (Моравия) подвергся внезапному нападению немцев. В неравном бою Петр лично уничтожил трёх фашистов. Когда кончились патроны, успел применить финский нож в тот момент, когда фашистский унтер-офицер набросился на него. В результате боя разведчики Ильина захватили в плен двух немцев.
За проявленную храбрость в боях, умелое командование группой разведчиков при выполнении сложных боевых задач старшина П.Е. Ильин награждён орденом Славы 1-й степени 15 мая 1946 года.
В конце 1946 года демобилизован.
Жил в Иркутске. Работал буровым мастером в Иркутской комплексной экспедиции гидрологии.
Умер 13 июля 1982 года.