Михайло Іллєнко народився 29 червня 1947 року в Москві в родині інженера. У 1970 році Закінчив Всесоюзний державний інститут кінематографії (майстерня М.Ромма). У кіно митець дебютував невеликою роллю у фільмі «Вечір напередодні Івана Купала» (1968), після чого знявся в картині «Білий птах з чорною ознакою» (1970).
У 1971 перебував на посаді асистента режисера Київської кіностудії науково-популярних фільмів, де зняв свій перший (дипломний) документальний фільм «Круг» як режисер-постановник.
З 1973 по 1994 роки працював кінорежисером-постановником Київської кіностудії ім. О.Довженка. А з того часу й донині викладає в Київському національному університеті театру, кіно і телебачення ім. І.К.Карпенка-Карого.
Починаючи з 1997 р. М. Іллєнко є ініціатором проведення та арт-директором щорічного кіновідеофестивалю національного виробника «Відкрита ніч», який активно залучає до культурного контексту українського кіновиробника, висвітлює його досягнення і проблеми. Фестиваль збирає, класифікує та зберігає відеоматеріали і документи, які відображають стан українського кіно після здобуття незалежності України.
З 2000 року – декан кінофакультету Київського національного університету театру, кіно і телебачення імені Івана Карпенка-Карого. Член Національної спілки кінематографістів України.
Творчий доробок режисера складає понад 10 картин. У тому числі кінофільми: «Там, вдалині за рікою» (1975), «Кожен мисливець бажає знати» (1985), «Фучжоу 1» та «Фучжоу 2», «Сьомий маршрут»; телевізійні проекти: «Сапоги всмятку» (1978), «Школа» (1980), «Миргород та його мешканці» (1983); телевізійні документальні картини: «Художник Наталя Рудюк» (1995), «Княжа регата» (1996), «Шлях до скелі» (1997), які М. Іллєнко зробив як сценарист, режисер і оператор.
У 2002 р. читав лекції з кінорежисури в театральній школі в Афінах. Одночасно з викладацькою діяльністю та роботою над сценаріями і фільмами М. Іллєнко друкує публіцистичні статті, пов’язані з актуальними проблемами українського кінематографа, а також свої оповідання.
У 2012 році світ побачила кінокартина режисера «Той хто пройшов крізь вогонь». Стрічка висувалася від України на премію Оскар у номінації «Найкращий фільм іноземною мовою», але не потрапив у фінальний список номінантів.
З 2004 року Іллєнко – член-кореспондент Національної академії мистецтв України, з 2003 – заслужений діяч мистецтв України. У 2007 став лауреатом Державної премії України імені Олександра Довженка.
Також М. Іллєнко є учасником міжнародних кінофестивалів та семінарів, присвячених сучасному кіномистецтву, в багатьох європейських країнах.
