Философ, специалист в области философии науки, педагог. Доктор философских наук (1990), профессор кафедры философии МФТИ (1997). Среди научных работ:
"К проблеме генетической связи между теориями / Принцип соответствия (1979);
"Теоретическое и эмпирическое в научном познании" (1986);
"Преемственность исследовательских программ в развитии физики" (1986);
"Концепции современного естествознания" (1998).
Скончался С.В. Илларионов 21 ноября 2000 года, похоронен в Москве на Введенском кладбище (1 уч.).