Родился 8 сентября 1946 года в семье колхозников.
После окончания Якутского государственного университета в 1973 году работал преподавателем Вилюйского педучилища им. Н. Г. Чернышевского, младшим и старшим научным сотрудником в Институте гуманитарных исследований СО РАН.
Диссертацию на соискание ученой степени кандидата филологических наук защитил в Институте литературы и искусства АН Казахской ССР по теме: «Искусство якутских олонхосутов» (Алма-Ата, 1981). Подготовил и выпустил одноименную монографию (Якутск, 1982, 128 с.) Диссертацию в виде научного доклада на соискание ученой степени доктора филологических наук защитил в г. Улан-Удэ по теме: «Сказительство в системе фольклорной традиции народа саха» (1997).
С 1995 года работает на факультете якутской филологии и культуры Якутского государственного университета им. М. К. Аммосова. В 2003 году был избран деканом факультета.
Основным направлением научно-исследовательской деятельности является сказительство — одно из ключевых проблем мировой фольклористики устной традиции якутских олонхосутов. Василий Васильевич первым в республике начал использовать технические средства фиксации памятников устного народного творчества народа саха. Им были записаны на магнитную ленту олонхо в исполнении И. Е. Кардашевского (Хангаласский улус), М. З. Мартынова (Сунтарский улус), В. О. Каратаева (Вилюйский улус), В. Д. Егорова (Нюрбинский улус), Д. А. Томской (Верхоянский улус). Он, активно участвуя на научно-практических конференциях различного уровня, вносит свою лепту в показе живой традиции эпоса.
В. В. Илларионов — один из ответственных исполнителей академической серии «Памятники фольклора Сибири и Дальнего Востока». Вышли из печати олонхо «Кыыс Дэбилийэ» Н. П. Бурнашева (1993), «Могучий Эр Соготох» В. О. Каратаева (1996), «Обрядовая поэзия саха (якутов)» (2003). Им изданы рукописные материалы известных собирателей фольклора Г. Е. Федорова (Сунтарский улус), Н. Т. Степанова (Нюрбинский улус), олонхосутов и народных певцов Д. М. Слепцова (Момский улус), С. С. Егорова (Нюрбинский улус), В. Д. Данилова, Ю. Е. Иванова, Е. М. Николаева (Сунтарский улус), И. Е. Кулаковского-Оонньуулаах Уйбаан (Таттинский улус), Т. В. Захарова-Чээбий, У. Г. Нохсорова (Амгинский улус). Он оказал содействие по изданию материалов, собранных краеведами Е. Д. Андросовым «Певцы, олонхосуты Таатты», Г. М. Федотовым «Момский фольклор», Н. И. Ивановым «Искусные рассказы, добрые традиции», «Заветы учителя-наставника», Г. Я. Ивановым «Потомки кангалассцев».
Научную работу по сбору и изданию фольклорных памятников В. В. Илларионов сочетает с практической деятельностью по возрождению и развитию якутского фольклора, традиционной культуры народа саха. Является одним из инициаторов проведения якутского национального праздника ысыах, бессменным председателем республиканского конкурса осуохай.
Для профессора В. В. Илларионова характерна активная жизненная позиция. Ведет активную общественную работу в республике, является членом редколлегий академической серии «Памятники фольклора народов Сибири и Дальнего Востока», республиканской серии «Саха боотурдара», научного издания «Вестник ЯГУ».
Василий Васильевич достойно представляет российскую науку за рубежом, выступает с научными докладами на международных конференциях фольклористов в Турции, Киргизии, Казахстане, принимал участие во II Международном тюркологическом конгрессе «Современная тюркология: теория, практика, перспективы» (6—9 ноября 2004 года). Избран членом правления Международной ассоциации тюркологов, является членом редколлегии Международного журнала «Тюркология». В.В.Илларионов принял самое активное участие для представления заявки якутского героического эпоса олонхо в ЮНЕСКО, в результате которого, олонхо провозглашено шедевром мировой духовной культуры.
По итогам 2005 года признан победителем конкурса «Лучший заведующий кафедрой» среди профессорско-преподавательского состава Якутского государственного университета.
Отмечен знаком «Отличник культуры Республики Саха (Якутия)», медалью Академии наук Республики Саха (Якутия) за развитие науки в республике. Присвоено почетное звание «Заслуженный деятель науки Республики Саха (Якутия)».