Капитолина Ильенко родилась 2 ноября 1904 на окраине Ярославля в дворянской семье. Отец был военным, а затем земским врачом, мать растила детей. Семья была очень творческой: мама пела, танцевала и играла на рояле, папа - на виолончели, братья - на гитаре, мандолине и скрипке. Капитолина с детства проявляла интерес к творчеству и активно принимала участие в семейных музыкальных праздниках. Сочиняла и разыгрывала целые представления.После революции 1917 года семье пришлось переехать под Муром. Отец устроился врачом на судоверфи, а Капитолина там же начала работать санитаркой. Одновременно с работой девушка училась в частной театральной студии актрисы Е. И. Кировой. Однако в рамках небольшой студии будущей актрисе было тесно, и она решила ехать в Москву, поступать в театральное училище. Мать строго запретила Капитолине становиться актрисой, дабы не позорить дворянский благородный род. А кроме того, на дворе стоял сентябрь, и занятия в училище уже начались. Невзирая на все эти препятствия, Капитолина все же уехала в Москву без денег и материнского благословления и смогла так убедить комиссию в своем таланте, что была принята сразу на второй курс ГИТИСА. По окончании обучения Капитолина Ильенко устроилась работать в УМЗП (театр при Управлении зрелищными московскими предприятиями). Станиславский предлагал ей перейти во МХАТ, но молодая актриса не оценила всей значимости предложения и отклонила приглашение, о чем жалела потом всю оставшуюся жизнь. В 1929 году актриса перешла в IV студию МХАТ и проработала там до 1937 года. Неудовлетворенность театрами привела к частой их смене. Так, после 1937 года Капитолина Ильенко пробовала работать в Театре Транспорта, Театре Революции, театрах Читы, Алдана, Якутска, Инты, Рыбинска.В 1961 году актриса наконец нашла "свой" театр, которым стал "Современник". Начинать пришлось с эпизодов, но актрису все устраивало, и в этом театре она осталась на долгие годы (1961-1977). Одновременно с работой в "Современнике" актриса появляется и в кино, хотя в основном на небольших эпизодических ролях. Первой большой работой в кино стала роль деревенской старушки - бабы Насти в картине "Баламут". Шумный успех пришел к актрисе в 80 лет после роли в фильме "И жизнь, и слезы, и любовь", и для актрисы начался период множества киносъемок и разъездов по различным киностудиям страны. В этот период с участием актрисы в свет выходят такие картины, как "Русь изначальная" (Арсинья) и "Забытая мелодия для флейты" (соседка Капитолина Ивановна), "Вам что, наша власть не нравится?" (Урожайкина) и "Люми" (тетушка Эстер), "Черная магия, или Свидание с дьяволом" (старуха Кассандра) и многие другие. В период подготовки к новому проекту у Капитолины Ивановны Ильенко не выдержало сердце. Актрисы не стало 21 ноября 1992 года.