По окончании в 1843 года курса по реальному отделению физико-математического факультета Санкт-Петербургского университета Ильенков был отправлен для изучения технической химии и технологии за границу, где провел два года, слушая в Берлине лекции знаменитых профессоров: Дове, Магнуса, Митчерлиха, Густава и Генриха Розе; в Гиссене занимался у Либиха, а затем посетил Париж, где слушал Дюма, Шевреля, Пелуза, изучая на фабриках и заводах Парижа технические процессы заводского производства. За диссертацию «О химическом процессе приготовления сыров» (1847) он стал в Санкт-Петербургском университете магистром технологии, которую тогда же ему поручено было читать студентам камерального отделения. Отсутствие всяких учебных пособий при университете затрудняло чтение лекций, не давая возможности сопровождать лекции необходимыми опытами и демонстрациями. Только в 1849 году, по настояниям Ильенкова, и отчасти на его средства, учреждена была при университете техническая лаборатория, при которой им открыты практические занятия студентов реального отделения. В 1850 году Ильенков утвержден экстраординарным профессором; в 1855 году он оставил Санкт-Петербургский университет и поступил на сахарные заводы графа Бобринского, а потом снова вернулся к профессуре, в Петровскую земледельческую академию. В 1865 году Ильенков признан Санкт-Петербургским университетом доктором технологии за диссертацию «Исследование о возможности употребить молочную кислоту для извлечения углекислой извести из костяного угля».
П. А. Ильенков также перевел на русский язык «Химию» Либиха.
Лучшим трудом Ильенкова в свое время считался «Курс химической технологии» (СПб., 1851), дополненный Е. Андреевым (2-е изд., СПб., 1861, 2 тома).