Елена Ильиных родилась 25 апреля 1994 года в городе Актау, Республика Казахстан. Через два года после ее пождения родители развелись, девочку воспитывали мама и бабушка. В возрасте 4 лет Лену на каток привела бабушка и записала в группу здоровья недалеко от дома. Первый тренер Екатерина Волкова рекомендовала родителям перевести ребенка в спортивную группу и начать заниматься всерьез. Так девочка попала в «Сокольники» в группу Любови Малевой, позднее перешла в «Москвич» к Наталье Дубинской.

Вместе с Ильиных в группе у Дубинской катался Никита Кацалапов, мама которого тоже хотела, чтобы сын попробовал свои силы в танцах. Так Лена и Никита в 2005 году впервые встали в пару. Однако партнерство долго не продлилось.

В 2006 году Елена уехала в США к Игорю Шпильбанду и Марине Зуевой, где приобрела бесценный опыт, тренируясь в одной группе с Тессой Вертью/Скоттом Моиром и Мэрил Дэвис/Чарли Уайтом.

В 2008 году приехала на очередные зимние каникулы в город Москва. Здесь встретила бывшего партнера Кацалапова, который после распада пары с Ангелиной Кабышевой активно пробовался с разными девушками. Через некоторое время приняли решение кататься вместе. Осенью 2008 года Ильиных и Кацалапов вновь приступили к совместным тренировкам под руководством Александра Жулина и Олега Волкова.

На Первенстве России среди юниоров 2009 года фигуристы заняли 4 место. Далее последовала победа на финале Кубка России в городе Тверь, после чего вошли в юниорскую сборную команду страны. Сезон 2009-2010 года дуэт начал с побед на этапах Гран-при среди юниоров в Венгрии и Польше. Пара сразу же громко заявила о себе на международной арене. В финале Гран-при среди юниоров в городе Токио завоевали серебряные медали. На Чемпионате Мира в городе Гаага спортсмены получили четвертые уровни за все элементы исполненных танцев и победили с отрывом от соперников почти в 16 баллов.

Во взрослых соревнованиях предолимпийского цикла 2011-2014 годов тренером пары стал Николай Морозов. В 2012 году, на Чемпионате России пара завоевала серебряные медали. На Чемпионате Европы 2012, Ильиных/Кацалапов остановились на седьмом месте после короткого танца, но установили личный рекорд в произвольном танце, тем самым впервые стали призерами Европейского Чемпионата. На Чемпионате Мира пара заняла 5 место, став лучшей российской парой на турнире. В завершении сезона приняли участие в турнире World Team Trophy 2012 года.

В финале Гран-при 2012 года заняли шестое место. На Чемпионате России 2013 года, спортсмены завоевали серебряную медаль вслед за дуэтом Боброва/Соловьев. На Чемпионате Европы 2013 года стали вторыми в коротком танце и первыми в произвольном танце, чего хватило лишь на серебряную медаль. 

На зимней Олимпиаде 2014 года в городе Сочи Ильиных и Кацалапов были заявлены на произвольный танец командных соревнований, где блестяще откатали поставленную Николаем Морозовым программу на музыку Чайковского из «Лебединого озера», обновив свой личный рекорд и став олимпийскими чемпионами в командных соревнованиях. В индивидуальных соревнованиях Ильиных/Кацалапов завоевали бронзовую медаль.

Чемпионат Мира состоявшийся в Японии с 24 марта по 30 марта стал последним для пары. Из-за грубой ошибки партнера в короткой программе фигуристы заняли лишь четвертую строчку.

Ильиных и Руслан Жиганшин решили попробовать кататься вместе в сезоне 2014-2015 года. Пара дебютировала на китайском этапе Гран-при в ноябре и заняла 4 место. Через неделю на московском этапе Гран-при фигуристы продемонстрировали прекрасное катание и заняли 2 место, попутно улучшив свои спортивные достижения недельной давности. На Чемпионате России 2015 года пара лидировала.

После короткого танца пара стала второй с 69,94 баллами на Чемпионате Европы 2015 года в городе Стокгольм. В произвольном танце, при заходе на поддержку Елена допустила ошибку. Из-за сорванного элемента пара оказалась в произвольной программе 8, а в общем итоге откатилась на 4 место, оставшись без медалей.

Новый предолимпийский сезон пара планировала начать в Германии в сентябре 2015 года на турнире города Небельхорн. Однако травма Руслана вынудила фигуристов сняться с турнира. В середине октября российские танцоры начали предолимпийский сезон на этапе Гран-при в городе Чикаго, где на Кубке Америки заняли место в середине турнирной таблицы. В конце ноября российские танцоры выступали на таллинском трофее, где уверенно выиграли и превзошли все прошлые свои спортивные достижения.

Елена Ильиных удостоена Почетного звания «Заслуженный мастер спорта России». За большой вклад в развитие физической культуры и спорта, высокие спортивные достижения на XXII Олимпийских зимних играх 2014 года в городе Сочи награждена орденом Дружбы.