Илина Михайлова е родена във Варна, където завършва НМУ „Добри Христов” със специалност пиано и оперно пеене при Галина Димитрова и Мария Рокас. Веднага след това постъпва в НМА „Панчо Владигеров” в София в класа по оперно пеене на проф. Благовеста Карнобатлова и проф. Недялко Недялков.

През 2002 г. спечелва Първа награда на националните конкурси „Светослав Обретенов” в Провадия и „Парашкев Хаджиев” в София. След дипломирането си в България, завършва и Консерваторията „Джузепе Верди” в Милано в класа по оперно пеене на Вилма Борели. Участва в майсторските класове на Джакомо Арагал и Ернесто Паласио.

В Милано дебютира в ролите на Фьордилиджи в „Така правят всички” от Моцарт и Церлина в „Дон Жуан” от Моцарт, както и в ролята на Дидона от „Дидона и Еней” от Х. Пърсел. Изпълнява Мюзета в „Бохеми” на Пучиниевия фестивал „Торе дел Лаго”.

През 2008 – 2009 г. печели междунарнодния конкурс по оперно пеене „Азлико” в Комо и дебютира с голям успех в ролята на Норина от „Дон Паскуале” на Доницети. В следващия сезон е поканена за ролята на Мария в „Дъщерята на полка” от Доницети. Пее в оперните театри на Бергамо, Бреша, Кремона и Павиа.  

Участва в рецитал по повод 200 – годишнината от рождението на Шуман в  Комо заедно с Маестро де Куртис. През 2012 г. Илина Михайлова се появява и на българска сцена, дебютирайки в Софийска опера и балет с ролята на Адина в „Любовен еликсир” от Доницети на режисьорката Вера Немирова.

От сезон 2013 – 2014 Илина Михайлова е солистка на Държавна опера Варна. Тук дебютира с Виолета в „Травиата” и Джилда в „Риголето” от Верди, Розина в „Севилският бръснар” от Росини, Норина в „Дон Паскуале” от Доницети.

През 2016 година блестящо защитава ролята на Мерседес на световната премиера на мюзикъла „Граф Монте Кристо” от Ив Деска. Певицата се изявява също в Пловдив, на Моцартовите празници в Правец и на редица италиански сцени.