Родился 31 мая 1925 года в Москве.
С раннего детства основные увлечения Андрея были связаны с разными животными, занимался в Кружке юных биологов зоопарка.
С началом войны дежурил на крыше старого университета, на Моховой. Затем была недолгая эвакуация и взрослая работа в Прокопьевске. Затем Свердловское артиллерийское училище и Украинский фронт. Получил тяжелое ранение в связи с этим досрочную мобилизацию. Награжден медалью «За боевые заслуги».
В 1956 году окончил кафедру зоологии позвоночных биолого-почвенного факультета МГУ. Защитил кандидатскую диссертацию. Ильенко руководил лабораторией радиоэкологии ИЭМЭЖ им. А.Н. Северцова. Считается основоположником радиоэкологии пресноводных рыб, птиц и диких млекопитающих, им разработана теория о степени контакта популяций оседлых и мигрирующих животных с загрязненной территории.
Труды А.И. Ильенко по праву можно считать «золотым фондом» отечественной экологии. Андрей Иванович оставил свой след и в отечественной кинологии, находя время для усовершенствования породы западносибирской лайки, добиваясь ее универсальности.
