Родился в г. Пенза. педагог-миссионер, востоковед.

Окончил Казанскую духовную академию (1846). Член-корреспондент Санкт-Петербургской АН (1870).

По окончанию Казанской духовной академии в 1846 оставлен там преподавателем.
В 1851-54 командирован в Египет, Палестину, Сирию для изучения ислама. С 1854 преподавал восточные языки на миссионерском отделении Казанской духовной академии.
В 1858-61 переводчик в Оренбургской пограничной комиссии.
В 1861-72 преподаватель кафедры турецко-татарского языка Казанского университета, одновременно, в 1863-70 - преподаватель духовной академии.
По его инициативе открыты в 1863 в Казани крещено-татарская школа, в 1872 иногородческая семинария, готовившая учителей для татарских, мордовских, марийских, чувашских, удмуртских школ. До 1891 оставался директором этой семинарии.

Ильминский выработал систему просвещения нерусских народов, которая была направлена на усиление идеологического воздействия самодержавия и православной церкви в Урало-Поволжье, Средней Азии и Сибири. Эта система была узаконена царским правительством в Правилах от 26 марта 1870 "0 мерах к образованию населяющих Россию инородцев".

К концу 19 в. только в Уфимской и Оренбургской губерниях было основано 248 "инородческих" школ, в т.ч. 93 русско-башкирских и русско-татарских. При участии Ильминского открылись Уфимско-Оренбургская татаро-башкирская /I872-89/, Бирская марийско-чувашская /1882-1917/, 0рско-0ренбургская казахская /1883-1917/ учительские школы.

Ильминский известен и как автор исследований в области тюркских языков и этнографии народов Урало-Поволжского региона и Казахстана.

Им создан ряд пособий на татарском, казахском и др. языках, написанных русским алфавитом для обучения народов, пользовавшихся арабской графикой.

В 1861 в "Ученых записках Казанского университета" Ильминский опубликовал башкирскую сказку "Три сына" /"Эс ул"/, впервые использовав русскую графику.

Умер в г. Казань.