Советский военачальник, генерал-полковник. Доктор технических наук, почётный член Российской академии космонавтики имени К. Э. Циолковского.

Родился 25 августа 1913 году. Поступил в Московский электромашиностроительный институт, затем в Московский институт связи, который окончил в 1937 году как Московский институт инженеров связи.

Перед войной работал в Литве. Участник Великой Отечественной войны. Победу встретил в звании майора.

В 1945—1955 годах работал на Кунцевском заводе № 304 (Московский радиотехнический завод), участвовал в создании Московской системы ПВО. В 1955—1957 годах главный инженер 4-го Главного управления Министерства оборонной промышленности.

В 1958—1965 годах помощник заместителя Председателя Совета министров СССР Д. Ф. Устинова. В 1965—1976 годах помощник секретаря ЦК КПСС Д. Ф. Устинова. В 1972 году входил в рабочую группу ЦК КПСС по подготовке советско-американских переговоров. В 1976 году с назначением Д. Ф. Устинова министром обороны СССР Илларионову присвоено звание генерал-майора и он назначен помощником министра обороны СССР — генералом для особых поручений.

В 1984—1987 годах помощник министра обороны Сергея Леонидовича Соколова, а после его отставки — Дмитрия Тимофеевича Язова.

В 1987 году был уволен из Вооружённых сил СССР в звании генерал-полковника и отправлен на пенсию.

В 1994 году был избран Почётным членом Российской академии космонавтики имени К.Э. Циолковского.

Награжден двумя орденами Ленина, двумя орденами Октябрьской Революции, четырьмя орденами Трудового Красного Знамени, двумя орденами Отечественной войны I степени, орденом Красной Звезды,

27 июня 2008 года, скончался в Москве, где жил последние годы жизни. Похоронен на Троекуровском кладбище (уч. № 14).