Родился 3 апреля 1932 года в Новомосковске Днепропетровской области. В 1955 году закончил операторский факультет ВГИКа (мастерская А. Гальперина), тогда же пришел на Киевскую киностудию им. А. Довженко. Затем работал на Одесской киностудии и студии «Укртелефильм».
В 1961 году снимает свою самую известную операторскую работу «За двумя зайцами».
Как режиссер поставил картины «Возвращение Вероники» (1963), «Зозуля з дипломом» (1971, все в соавторстве) и др.
Сейчас занимается преподавательской работой, доцент, заведующий кафедрой операторского искусства института Кино и телевидения Национального института культуры и искусства, член-корреспондент Национальной академии искусств Украины[1].
Также он самый старший из трех братьев, которые тоже кинематографисты.
Распоряжением Президента Украины № 14/2006-рп 23 января 2006 года назначена государственная стипендия Вадиму Герасимовичу Ильенко как выдающемуся деятелю культуры и искусства[2].