Novák Ilonka 15 évesen nyerte első magyar bajnokságát, amit később még 23 elsőség követett. Csaknem két évtizeden át tartozott az élvonalhoz, gyorson és háton egyaránt kiváló volt, összesen húsz magyar rekordot állított fel.
Pályafutásának csúcsát az 1952-es helsinki ötkarikás játékok jelentette. Éva húgával, valamint Temes Judittal és Szőke Katóval együtt úszott a fantasztikus, hosszú időn át érvényes 4:24.4 perces világcsúccsal győztes 4x100 méteres gyorsváltóban.
Pályafutása befejezése után több mint két évtizedet töltött el a magyar úszósport vezérkarában, a szövetség alelnöke és szövetségi kapitány volt.