Виктор Леонидович Ильченко родился в Борисоглебске 2 января 1937 года в семье лётчика. Закончил Борисоглебскую школу № 5 в 1954 году, в школе занимался в драматическом кружке. В 1959 году окончил Одесский институт инженеров морского флота. Ещё будучи студентом вместе с Михаилом Жванецким создал и руководил студенческим театром «Парнас-2», вместе работали в Одесском порту Михаил механиком по кранам, а Виктор механиком по автопогрузчикам. Чуть позже в театр пришёл Роман Карцев.
С 1963 года Виктор Ильченко работал в Ленинградском театре миниатюр Аркадия Райкина, где также работали Роман Карцев и Михаил Жванецкий. В рамках театра у Ильченко и Карцева была своя концертная программа. Автором выступал Михаил Жванецкий.
В 1969 году Ильченко, Карцев и Жванецкий ушли из театра Райкина и создали свой Одесский театр миниатюр, который выпустил три программы: «Как пройти на Дерибасовскую», «Встретились и разбежались», «Искренне ваш». В 1970 году стали лауреатами 4 Всесоюзного конкурса артистов эстрады.
В 1979 году Ильченко и Карцев переехали в Москву. Работали в Московском театре миниатюр (переименованном как раз тогда в театр «Эрмитаж»), играли в спектаклях «Когда мы отдыхали», «Чехонте в Эрмитаже» (в постановке Михаила Левитина) и др.
В 1988 году под руководством Жванецкого создали свой Московский театр миниатюр.
Скончался Виктор Леонидович Ильченко 21 января 1992 года, похоронен в Москве на Троекуровском кладбище (2 уч.).
С женой прожил 33 года, вдова Татьяна Зиновьевна Ильченко