Ст. н. с. д-р Вълка Илчева е родена на 8 май 1944 година в село Бели бряг, Старозагорско. През 1963 година постъпва като редовна студентка във ВПИ „Братя Кирил и Методий”(сега ВТУ) във Велико Търново, специалност история.
През 1967 година завършва висшето си образование и постъпва на работа като уредник в отдел „Археология” при Исторически музей във Велико Търново. До 1974 година учавства в проучването на крепостта Царевец. Интересите й са насочени към изследването на тракийския и турския културни пастове, на които посвещава няколко съобщения.
Вълка Илчева е утвърден специалист в обастта на праисторията и тракийската древност. Обогатява значително праисторическия фонд на музея с материали от самостоятелни разкопки. Работи по проучването на праисторическите обекти от Велико Търново-Качица и Шемшево-Клисе баир, селищните могили Джулюница и Нова Загора, обектите Пшеничево и Дуранкулак През 1976 година провежда разкопки на надграбна могила край Ново село. Работи по проблемите на бронзовата и желязната епоха, но основните и проучвания се отнасят до преходния период от енеолита към бронзовата епоха. От 1978 до 1990 година ръководи разкопките на праисторическото селище Хотница-Водопада – единствения у нас изцяло проучен обект от преходния период.
През 1996 година успешно защищава дисертационен труд на тема: „Преходният период от каменно-медната към бронзовата епоха по материали от Централна северна България”, в резултат на което и е присъдена научна степен „доктор”. Взема участие в наши и международни конгреси, конференции и симпозиуми по проблемите на тракийската култура със свои разработки. Има съществен принос в обогатяване на археологическата карта на България и най-вече на Великотърновския край. Ръководи разкопките на селище от ранната бронзова епоха Хотница-Османкин дол.
Вълка Илчева е един от авторите на експозицията на Археологическия музей във Велико Търново и автор и реализатор на археологическата част на музейна сбирка към читалище „Светлина” в село Хотница и общинските музеи в градовете Златарица, Стражица и Полски Тръмбеш. Многобройни са участията и с материали от археологическите фондове на музея във временни изложби, написаните тематико-експозиционни планове, сценарии, концепции с цел популяризиране на културно-историческото наследство на Великотърновския край. Своите знания и идеи тя предава на млади специалисти и студенти. Не малко са дадените от нея консултации при разработването на бакалавърски и магистърски дипломни работи, рецензираните теми по праистория и музейно дело, помощта със съвет, литература, материали.
През 2002 година е публикуван монографичният труд на Вълка Илчева „Хотница. Стари селища и находки. Част І – праистория”. Книгата е хабилитационен труд и през същата година и е присъдено научно звание „старши научен сътрудник – втора степен”.
През 2006 година излиза от печат и втората част ”Хотница. Стари селища и находки. Част ІІ. Античност и средновековие.”