Сооружена в XII ст. на склоне Болдиных гор как крестильня возле входа в Антоньевы пещеры, вместе с которыми положили основание Ильинскому монастырю.
Просторно-плановое решение Ильинской церкви уникальное для строительства храмов домонгольского периода - это однонефная, однобанная, бесстолпная церковь. Возможно, это была первая такая каменная церковь, построенная в эпоху Киевской Руси. Она единственная сохранившаяся из такого типа храмов на территории Украины.
После причиненных во время нашествия орд Батыя повреждений восстановлена и достроена в XVI ст. Приобрела две дополнительные бани и ризницу с южной стороны атиды. В 1649 г. на средства Черниговского полковника С.Подобайла расширен бабинец, после чего получила трехбанное многоярусное завершение и приобрела черты Украинского барокко. В 1908-1910 рядом была построена колокольня.
Интерьер Ильинской церкви сохранился до наших до наших дней на удивление в хорошем состоянии с иконостасом 1774 г., выполненного в стили позднего барокко-рококо.
В Ильинской церкви находится чудотворная икона Божьей Матери, написана иконописцем Ганадием (Дубенским), и получившая седее наименование от этого храма - Ильинской.