Ο Hillis γεννήθηκε στην Πασαντένα της Καλιφόρνια και έλαβε το πτυχίο του στη ζωολογία από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Μπέρκλεϋ το 1945. Στη συνέχεια υπηρέτησε στο Ναυτικό των Ηνωμένων Πολιτειών από το 1945 έως το 1947. Μετά τη στρατιωτική του θητεία, επέστρεψε στο Μπέρκλεϋ και έλαβε το μεταπτυχιακό στη ζωολογία το 1949 και το διδακτορικό του στη ζωολογία το 1952.
Μετά την ολοκλήρωση του διδακτορικού του, ο Hillis εντάχθηκε στη σχολή του Πανεπιστημίου του Όρεγκον, όπου παρέμεινε για το υπόλοιπο της καριέρας του. Ήταν καθηγητής βιολογίας στο Όρεγκον από το 1953 έως το 1993 και υπηρέτησε ως επικεφαλής του Τμήματος Βιολογίας από το 1971 έως το 1977.
Η έρευνα του Hillis επικεντρώθηκε στην ανάπτυξη της Drosophila και έκανε αρκετές σημαντικές ανακαλύψεις στον τομέα αυτό. Ήταν ένας από τους πρώτους ερευνητές που χρησιμοποίησαν ηλεκτρονική μικροσκοπία για να μελετήσουν την ανάπτυξη των εμβρύων Drosophila και βοήθησε στην ανάπτυξη νέων τεχνικών για τη χρώση και την τομή των εμβρύων Drosophila.
Ο Hillis έγραψε επίσης πολλά βιβλία και άρθρα για την αναπτυξιακή βιολογία, συμπεριλαμβανομένου του εγχειριδίου "Αναπτυξιακή Βιολογία των Εντόμων" (1972). Ήταν μέλος της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών και της Αμερικανικής Ακαδημίας Τεχνών και Επιστημών. Ήταν επίσης μέλος της Αμερικανικής Ένωσης για την Προώθηση της Επιστήμης και της Εταιρείας Αναπτυξιακής Βιολογίας.
Ο Χίλις πέθανε από καρκίνο στο Γιουτζίν του Όρεγκον το 1999. Ήταν 75 ετών.