Este río tiene una longitud de 589 km y su cuenca se extiende sobre 30.300 km².
Poco después de su fuente, adopta la dirección norte y discurre así durante 400 km entre el Lena, al este, y el Angará, al oeste.
El Ilim acaba así por desembocar en el Angará por su orilla derecha, al nivel del embalse de Ust-Ilimsk, 40 km al sur de Ust-Ilimsk.
Sus principales afluentes son : El caudal del Ilim ha sido observado durante 38 años (1936-1973) en Sotnikova, estación hidrométrica situada a una altura de 230 m, y a unos 52 km de su confluencia con el río Angará.
En el mes de junio y luego en el de julio, el caudal baja fuertemente, pero se estabiliza a un nivel satisfactorio, disminuyendo paulatinamente, a lo largo del resto del verano y el otoño.