Илимск (первоначально Илимский острог) был основан на реке Илим (приток Ангары) в 1630 году.

Илимск с 1764 по 1775 годы был окружным городом, затем стал заштатным, в советское время — селом. В начале XX века население Илимска — 700 человек.

В Илимске с 1792 по 1796 годы отбывал ссылку писатель Александр Радищев. В Илимск к Радищеву приехала с его младшими детьми сестра его умершей жены, позднее они здесь же поженились.

Путешественник Ерофей Хабаров (в честь которого был назван Хабаровск) в 1655 году был произведён в дети боярские по г. Илимску.

При строительстве Ангарского каскада ГЭС острог попал в район затопления. Перед затоплением, с 1967 по 1975 годы проводились археологические раскопки на територии села. Спасская башня и Казанская церковь из острога были перевезены в Иркутский архитектурно-этнографический музей «Тальцы», расположенный в 47 км от Иркутска. В настоящее время в музее ведётся реконструкция острога.