Священномученик Иларион родился 13 сентября 1886 года в селе Липицы Каширского уезда Тульской губернии в семье священника Алексея Троицкого и в Крещении был наречен Владимиром.

По окончании Тульского духовного училища и духовной семинарии он поступил в 1906 году в Московскую духовную академию, которую окончил в 1910 году со степенью кандидата богословия. Был оставлен при ней сначала профессорским стипендиатом, а через год — исправляющим должность доцента по кафедре Священного Писания Нового Завета.

В свободное от преподавания время он писал магистерскую диссертацию на тему «Очерки из истории догмата о Церкви», которую защитил в 1912 году. За это сочинение ему была присуждена премия митрополита Московского Макария.

В 1913 году он был пострижен в монашество с именем Иларион. В том же году он был назначен на должность инспектора Московской духовной академии, рукоположен во иеромонаха и возведен в сан архимандрита. Это был самый молодой архимандрит и профессор в России того времени.

После Февральской революции 1917 года в Москве открылся Поместный Собор. Архимандрит Иларион стал на нем энергичным защитником восстановления в Русской Православной Церкви патриаршества.

В 1919 году архимандрит Иларион был арестован и три месяца провел в Бутырской тюрьме.

В 1920 году архимандрит Иларион был рукоположен во епископа Верейского, викария Московской епархии. В своей речи при наречении он, воздавая хвалу Церкви, сказал: «Церковь Божия, стоит непоколебимо, лишь украшенная, яко багряницею и виссом, кровьми новых мучеников. Что мы знали из церковной истории, о чем читали у древних, то ныне видим своими глазами: Церковь побеждает, когда ей вредят... Среди ветров лжеучений, среди мутных яростных волн злобы, лжи и клеветы неистовых врагов как скала стоит Церковь, та Русская Православная Церковь, о которой так любили недавно повторять, что она в параличе, что лишь полицейской силой государства держится она. Но вот силы государства направились против Церкви, и наша Церковь дала больше мучеников и исповедников, нежели предателей и изменников».

Со времени рукоположения во епископа он стал одним из ближайших помощников Патриарха Тихона. В 1922 году советские власти арестовали епископа Илариона, обвинив его в активной помощи Патриарху. Он был приговорен к ссылке в Архангельск.

В 1923 году епископ Иларион вернулся из ссылки и Патриарх Тихон возвел его в сан архиепископа. Владыка снова стал помощником Патриарха.

В конце 1923 года архиепископ Иларион (Троицкий) снова был арестован и, несмотря на настоятельную просьбу к властям Патриарха Тихона о его освобождении, приговорен к трем годам заключения в Соловецком концлагере.

Архиепископ Иларион, как подлинный христианский богослов, старавшийся видеть Бога везде, на всяком месте и во всякое время, и самый Соловецкий лагерь воспринял как суровую школу добродетелей — нестяжания, кротости, смирения, воздержания, терпения и трудолюбия. Его нельзя было опечалить ничем — и это его настроение поднимало дух у окружающих. Ко всем он относился с любовью и пониманием. В каждом человеке он ощущал образ и подобие Божие, жизнью каждого человека интересовался искренне. Воистину он был кроток и смирен сердцем, не только находя в этом покой для своей души, но вселяя мир и покой в смятенные души окружавших его людей.

В 1925 году архиепископа Илариона перевезли из Соловков в ярославскую тюрьму. Здесь власти вступили с ним в переговоры, предлагая занять одно из руководящих мест в Церкви, если он согласится на тесное с ними сотрудничество. Архиепископ отказался и был снова возвращен в Соловецкий концлагерь.

В 1926 году архиепископ Иларион без всякого нового судебного разбирательства был приговорен еще к трем годам заключения на Соловках. Из Соловков он писал: «Выкинут я стихией на далекий остров. Но сожаления я стараюсь не растравливать в душе моей, на окружающее стараюсь не обращать внимания, а жизнь наполнять тем, чем можно. И так за долгие годы привык и живу не тужу. На лучшее не надеюсь, от худшего не отрекаюсь. Какова есть о мне воля Божия — так пусть и будет».

В праздник Покрова Божией Матери, 14 октября 1929 года, последовал новый и последний приговор — три года ссылки в Казахстан. Во время этапа архиепископ тяжело заболел сыпным тифом и 19 декабря был помещен в ленинградскую тюремную больницу, где и скончался 28 декабря 1929 года. Тело его было выдано для церковного погребения. В отпевании и погребении участвовали митрополит Ленинградский Серафим (Чичагов) с тремя архиереями и множеством духовенства. Архиепископ Иларион был погребен на кладбище Воскресенского Новодевичьего монастыря.

10 мая 1999 года в Сретенском монастыре патриарх Московский и всея Руси Алексий II совершил его прославление в лике местночтимых святых. Накануне честные останки архиепископа Илариона были перевезены из Петербурга и помещены в соборный храм Сретенского монастыря.

В 1999 году были обретены его святые мощи и в том же году перенесены в Сретенский монастырь в Москве.

Владыка Иларион причислен к лику святых Новомучеников и исповедников Российских на Юбилейном Архиерейском соборе Русской Православной Церкви в августе 2000 для общецерковного почитания.