В 1898 учился на историко-филологическом факультете Санкт-Петербургского университета. Приват-доцент Петербургского университета (с 1904), доцент кафедры славистики Харьковского университета (с 1907), профессор Нежинского историко-филологического института (с 1909), затем Юрьевского (с 1916) и Саратовского (с 1920) университетов, Восточного педагогического института в Казани (1927), 1-го Московского университета (с 1927). Доктор филологии с 1911. Исследовал и издал памятники славянской письменности («Грамоты болгарских царей», 1911; «Слепченский апостол XII века», 1911). Занимался происхождением и историей славянской письменности («Опыт систематической Кирилло-Мефодиевской библиографии», 1934). Диссертация «Грамоты болгарских царей» удостоена Ломоносовской премии Российской академии наук. Член-корреспондент Российской академии наук по Отделению русского языка и словесности (славянская филология) с 1921, Действительный член Болгарской (1929) и Польской АН (1930). Арестован по «делу славистов» – «Русской национальной партии» 11 января 1934, осужден на 10 лет лагерей, срок отбывал на Соловках. В августе 1934 лагерь заменен на 5 лет ссылки в Западную Сибирь, находился в г. Славгороде. 11 июля 1936 освобожден от отбывания ссылки, поселился в Томске, заведовал библиотекой Музея краеведения. 19 ноября 1937 арестован вторично, осужден и расстрелян 14 декабря 1937. Из АН СССР исключен 29 апреля 1938 постановлением ОС, восстановлен постановлением Президиума АН СССР 11 августа 1967 № 7 в связи с реабилитацией. После гибели Ильинского утрачены многие его работы, уже готовые к публикации.

Соч.: Праславянская грамматика, Нежин, 1916; Взгляд на общий ход изучения праславянского языка, «Вопросы языкознания», 1962, № 5; Несколько конъектур к «Слову о полку Игореве»: По поводу труда акад. В.Н. Перетца // Slavia. Praha, 1929. Roč. 8. Seš. 3; Хто Троян у «Слові о полку Ігоревім» // Україна (Киев). 1930. Кн. 41.

Лит.: Журавлев В.К. Григорий Андреевич Ильинский. М., 1962; СДР; Булахов. Языковеды.