Ильинский храм был построен в 1760-1770-х годах. В дореволюционное время он имел центральный престол в честь Входа Господня в Иерусалим и два придела. Сейчас в храме один престол, посвящённый пророку Илии. Храм выполнен в стиле барокко и представляет собой конструкцию "восьмерик на четверике", с восточной стороны продолжающуюся гранёной алтарной апсидой, а с западной, трапезной частью и колокольней. С юго-западной стороны к храму примыкает двухэтажный дом причта.

Ю.И. Успенский в своём очерке "Старый Воронеж" 1922 года отмечал, что Ильинская церковь является одним из самых оригинальных сооружений воронежского барокко, сохранившимся почти в первозданном виде. Как и Петропавловская церковь, она выполнена в типичном стиле "восьмерик на четверике", но с более массивным сводом. В боковом полукруглом фронтоне расположены два больших окна с богатыми наличниками. Восьмерик увенчан крышей барочного типа и восьмигранным барабаном с главкой. Углы восьмерика украшены рустованными пилястрами, а большие окна с широкими наличниками напоминают окна Петропавловской церкви. Пятигранная алтарная часть и план в виде креста с боковыми пристройками классического типа также напоминают Петропавловскую церковь. Однако колокольня, входящая в план церкви, уникальна. Она низкая, с шатровым верхом, и представляет собой восьмерик на кубе первого этажа. Грани восьмерика украшены парными колонками с арочками. Колокольня вызывает ассоциации с чем-то далёким и русским, сочетая старорусские формы с барокко.

Воронежские барочные храмы относятся к памятникам украинского барокко в слобожанском варианте, который тяготеет к деревянной казацкой архитектуре и трёхглавию. В Ильинском храме намёк на трёхглавие виден в главках над восьмериком, колокольней и трапезной частью. Ранее алтарная апсида также была увенчана главкой. Высокий свод, поддерживающий восьмерик, является яркой особенностью храма. В его полукруглых боковых частях расположены окна с пышными наличниками. Колокольня Ильинской церкви, хотя и привычна по конструкции, выделяется барочным оформлением, особенно сдвоенными колонками с арочками. Окна восьмерика, по мнению Успенского, напоминают летучих мышей, а волнообразные наличники гармонируют с рустованными углами.