Ильина Наталья Ивановна окончила Московский стоматологический медицинский институт в 1973 г. С 1974 г. по 1980 г. работала терапевтом в поликлинике № 101 г.Москвы. В 1980-1982 г.г. обучалась в клинической ординатуре на базе ГНЦ “Институт иммунологии” МЗ СССР.
С 1982 года работает в ГНЦ “Институт иммунологии” МЗ СССР: с 1982 по 1989 г.г. врачом аллергологом-иммунологом научно-консультативного отделения клиники; с 1989 по 1997 г.г. – заместителем главного врача клиники, с 1997г. – по настоящее время работает заместителем директора по клинической работе – главным врачом ФГБУ “ГНЦ “Институт иммунологии” ФМБА России.
В 1992 г. защитила диссертацию на соискание ученой степени кандидата медицинских наук, в 1997 г. защитила диссертацию на соискание ученой степени доктора медицинских наук по теме «Аллергопатология в различных регионах России по результатам клинико-эпидемиологических исследований». В 2002 г. получила звание профессора по специальности аллергология и иммунология. Н.И.Ильина член Ученого и Диссертационного советов Института иммунологии, профессор кафедры иммунологии Российского Государственного медицинского университета, Вице-президент Российской ассоциации аллергологов и клинических иммунологов. В 2003 году ей присвоено почетное звание «Заслуженный врач».
Профессор Ильина Наталья Ивановна – высококвалифицированный врач и талантливый научный работник, опытный организатор. Под ее руководством внедрены в производственный процесс новые методы лечения заболеваний, не поддающихся традиционным методам терапии, значительно повышена эффективность лечебно-диагностического процесса, снижена смертность больных, увеличен оборот койки. Под руководством Ильиной Н.И. клиника стала ведущим учреждением страны по проблемам аллергологии и иммунологии, проводником эффективной работы по апробации и внедрению в практическую медицину созданных в Институте новых диагностических и лечебных средств, новых методов лечения иммунозависимых патологий и аллергий.
Ильина Н.И. непосредственно участвует в экспедиционных работах, направленных на медицинское обеспечение работ на предприятиях с тяжелыми, опасными и особо опасными условиями труда, внедряет в практику работы лабораторий и центров клинической иммунологии новые диагностические приемы и препараты, новые лекарственные средства, умело руководит работами по оценке иммунного статуса населения России, уделяя особое внимание экологически неблагоприятным регионам.
Ильина Н.И. является автором более 250 статей по актуальным проблемам клинической иммунологии и аллергологии. Под её научным руководством защищено одиннадцать диссертационных работ, из них: четыре докторских диссертации и семь кандидатских.