Дмитрий Иванович Иловайский писал о том, что в эпосе об Илье Муромце можно выделить несколько исторических пластов: связанные с Киевской Русью, со временем монгольского ига, со Смутным временем. По мнению современных исследователей, к домонгольскому периоду следует отнести былины о встречах в поле Ильи Муромца с вражескими богатырями – Збутом, Жидовином, Сокольником и др., а также былины об Илье Муромце и Соловье-разбойнике. С эпохой монгольского ига связаны былины об Илье Муромце и Калине-царе (самая ранняя запись текста – в сборнике Кирши Данилова), известные в нескольких версиях (Илья Муромец, Самсон и Калин-царь; Илья Муромец, Ермак и Калин-царь; Камское побоище), былина об Идолище, некоторые версии былины об Илье Муромце и Соловье-разбойнике (в них Соловей получает прозвище Рахматович или именуется Одихмантьев сын) и др. События XVII в. отразились в былине «Илья Муромец на Соколе-корабле», где рассказывается о том, как плывущий по Хвалынскому морю (древнерусское название Каспийского моря) на корабле Илья Муромец вместе с другими богатырями (иногда со Степаном Разиным) отражает нападения крымских татар и турок. В былине запечатлелись воспоминания о казачьих походах в Каспийское море, в низовья Волги и Дона (былина известна в записях из казачьих поселений Поволжья, Сибири, сёл Вологодской и Вятской губерний). Возможным историческим прототипом Ильи Муромца для этого сюжета послужил самозванец Лжепётр – казак Илейко Муромец, участвовавший в казачьих походах против горских племён и сражавшийся против царя Василия Ивановича Шуйского (история Лжепетра изложена в «Царской грамоте в Соль Вычегодскую о трёхдневном молебствии по случаю сдачи мятежниками царским войскам города Тулы и выдачи самозванца Лжепетра с приложением показания сего последнего о роде его» от 19 октября 1607 г. – Акты археологической экспедиции, том 2; прозвище Илейки (Муромец) связано с его происхождением из Мурома; объявив себя сыном царя Фёдора Ивановича, самозванец не претендовал на связь с былинным героем). Образ Ильи Муромца встречается в «сказании о киевских богатырех, как ходили во Царьград» (списки XVII–XVIII вв.), в «Сказании о семи богатырях» (самый ранний список первой четверти XVIII в.), в былине о Михаиле Потыке. Илья Муромец фигурирует в качестве символа богатыря, подобно всем живущим на земле бессильного против смерти, в особой редакции (или разновидности) «Повести о прении живота со смертью», представленной в старообрядческом сборнике третьей четверти XVIII в. (Российская государственная библиотека. Собрание Алексея Ивановича Маркушевича; данная редакция «Повести...» не учтена в монографии-публикации). В записях конца XIX в. исследователям известна былина о встрече в поле и столкновении Ильи Муромца и Добрыни. Появление новых сюжетов в эпосе об Илье Муромце исследователи фиксировали до 1960 гг.: былина о женитьбе Ильи Муромце, записанная в Пудожье в конце 1930 гг., и ряд былин Марфы Семёновны Крюковой о подвигах Ильи Муромца. Наиболее распространёнными и древними являются былины об Илье Муромце и Соловье-разбойнике. Сюжеты «Илья и разбойники», «Илья и Идолище», «Исцеление Ильи сидня», встречающиеся в устной традиции как самостоятельные былины, в рукописях XVIII – начала XIX вв. объединены с повествованиями об Илье Муромец и Соловье-разбойнике.