Первые упоминания о храме в селе Ильинском относятся к XVI веку. В этот период была построена деревянная церковь во имя пророка Илии, давшая название селу. В Смутное время храм был сожжён и восстановлен после 1620 года. В отказной книге 1666 года зафиксировано наличие двух деревянных церквей в селе: во имя Василия Кесарийского и пророка Илии. Церковь Василия Кесарийского, построенная в 1640-х годах, к концу XVII века пришла в ветхость и более не упоминается.
В 1732 году на месте обветшавшей деревянной церкви был возведён новый деревянный храм пророка Илии. Строительство осуществлялось под руководством архитектора Алексея Петровича Евлашева, одного из видных зодчих первой половины XVIII века. Храм был выполнен в стиле барокко с четырёхъярусным деревянным иконостасом, украшенным позолотой.
В 1783 году село перешло во владение графа Ивана Андреевича Остермана, а в 1811 году - к его внучатому племяннику Александру Ивановичу Толстому. При новом владельце в 1818 году к храму были пристроены два придела: южный во имя святого Феодора иже в Пергии и северный во имя Иоанна Богослова. В 1828 году над притвором возведена колокольня.
В 1858 году на средства дворян Михаила и Сергея Челищевых вместо деревянного храма построен каменный однопрестольный храм. В 1915 году при храме действовала двухклассная церковноприходская школа, в которой обучалось 40 мальчиков и 20 девочек. Приход включал 183 двора с общим населением 1259 человек.
В 1932 году храм был закрыт советскими властями, богослужения прекращены. Здание использовалось как зернохранилище колхоза «Путь Ильича». В годы Великой Отечественной войны, в 1943 году, храм был разрушен в ходе боевых действий.
В 1997 году храм был передан Калужской епархии. Восстановительные работы проводились на средства местного жителя Николая Емельяновича Шило. 22 августа 1999 года храм был освящён архиепископом Климентом. Неподалёку от храма находится источник в честь пророка Илии с часовней и купальней.