Хилис е роден в Пасадена, Калифорния, и получава бакалавърската си степен по зоология от Калифорнийския университет в Бъркли през 1945 г. След това служи във военноморските сили на Съединените щати от 1945 до 1947 г. След военната си служба той се завръща в Бъркли и получава своята магистърска степен по зоология през 1949 г. и докторска степен по зоология през 1952 г.
След като завършва докторската си степен, Хилис се присъединява към факултета на университета в Орегон, където остава до края на кариерата си. Той е бил професор по биология в Орегон от 1953 до 1993 г. и е бил ръководител на катедрата по биология от 1971 до 1977 г.
Изследванията на Хилис са фокусирани върху развитието на Drosophila и той прави няколко важни открития в тази област. Той беше един от първите изследователи, които използваха електронна микроскопия, за да изследват развитието на ембрионите на Drosophila, и помогна за разработването на нови техники за оцветяване и разделяне на ембриони на Drosophila.
Хилис също така написа няколко книги и статии по биология на развитието, включително учебника „Биология на развитието на насекомите“ (1972). Бил е член на Националната академия на науките и Американската академия на изкуствата и науките. Той също така беше сътрудник на Американската асоциация за напредък на науката и Обществото за биология на развитието.
Хилис почина от рак в Юджийн, Орегон, през 1999 г. Той беше на 75 години.