Родился 18 мая 1901 года в селе Вилломе Мгинского уезда Петербургской губернии в семье рабочего.
В РККА с 1920 года. Член ВКП(б) с 1926 года. 

В 1926 году окончил Борисоглебскую ВШЛ.
Служил в различных подразделениях авиации — рядовым лётчиком, командиром звена, эскадрильи, бригады.

В 1936 г. за отличную службу награждён орденом Ленина.
Участник Великой Отечественной войны с октября 1941 года.
С сентября 1943-го генерал-майор авиации И.П. Вилин - заместитель командира 214-й штурмовой авиадивизии, которая поддерживала эльтигенский десант и участвовала в Крымской наступательной операции.

17 апреля 1944 г. Вилин И.П. атаковал на мысе Херсонес вражеский аэродром. В бою его Ил-2 был подбит. С большим трудом генералу удалось дотянуть за линию фронта, где за 800 м на юго-восток от Охары-Каралез штурмовик врезался в гору. Тут же Вилину была оказана первая медицинская помощь партизанами и врачом стрелковой дивизии. Но спасти жизнь военачальника в госпитале Симферополя, куда его доставили, не удалось. Умер он в 12 часов дня 19 апреля 1944 года.
Похоронен в г. Симферополе в Профсоюзном сквере, а в начале 70-х перезахоронен на Воинском кладбище города.
Награждён орденами Ленина, Отечественной войны I степени (посмертно).
18 мая 1948 года указом Президиума Верховного Совета РСФСР село Бурлюк был переименован в Вилино.

8 мая, в преддверии празднования Дня Победы, глава Республики Крым Сергей Аксёнов принял участие в торжественном открытии памятника генерал-майору авиации Ивану Вилину.