Novák Ilona 1952-ben Helsinkiben Novák Évával, Szőke Katalinnal és Temes Judittal nyert olimpiai bajnokságot a 4x100 méteres gyorsváltó tagjaként. Előtte, a londoni olimpián a versenyszám döntőjében ötödikként zárt csapatával, 100 háton pedig negyedik lett.

1940 és 1950 között húsz magyar csúcsot állított fel, és kétszer volt tagja világrekordot úszó magyar váltónak. Emellett négyszeres főiskolai világbajnoki aranyérmes, országos bajnoki címet 35 alkalommal szerzett.

Versenyzői pályafutását követően elvégezte a Testnevelési Főiskolát, majd testnevelőként dolgozott.

Részt vett a hazai úszósport irányításában is, a hetvenes évek elején az úszóválogatott szövetségi kapitánya volt, a Magyar Úszószövetség alelnökeként is tevékenykedett. Szerepet vállalt az európai szervezet elnökségében is, csakúgy, mint a Magyar Olimpiai Bizottság vezető grémiumában.

Novák Ilona az FTC örökös bajnoka, a sportági Hírességek Csarnokának 1973-ban lett tagja, 1992-ben MOB Érdeméremmel tüntették ki.