Ιστορική αναδρομή
Το τμήμα καλαθοσφαίρισης του Ηλυσιακού ξεκίνησε τη δραστηριότητά του το 1968. Στη διάρκεια της πορείας του έχει διαγωνιστεί επί πολλά συναπτά έτη στις Εθνικές Κατηγορίες και αποτελεί το σωματείο με τις περισσότερες παρουσίες στο πρωτάθλημα της Α2 Εθνικής Κατηγορίας. Από το 1983 ο Ηλυσιακός στεγάζεται στο κλειστό γήπεδο Ιλισίων.

Σε τοπικό επίπεδο έχει κατακτήσει δύο Πρωταθλήματα Ε.Σ.Κ.Α. (αρκετά χρόνια πριν τη διάσπασή της σε Ε.Σ.Κ.Α. και Ε.Σ.ΚΑ.Ν.Α.) και συγκεκριμένα εκείνα των ετών 1975-1976 και 1983-1984. Αμέσως μετά την κατάκτηση του δεύτερου τίτλου, κατέκτησε την κορυφή του τελικού βαθμολογικού πίνακα της Β' Εθνικής Κατηγορίας για τη χρονιά 1984-1985. Καθώς δεν αναδείχθηκε υπερπρωταθλητής των ομίλων της κατηγορίας, παρέμεινε σε αυτή. Ωστόσο την επόμενη χρονιά, 1985-86, κατέκτησε και πάλι το πρωτάθλημα στον όμιλό του και αυτή τη φορά, κατακτώντας και τον τίτλο του υπερπρωταθλητή, ανήλθε σε ανώτερο επίπεδο.

Έτσι τη χρονιά 1986-1987 διαγωνίστηκε στη νεοσύστατη Α1 Εθνική Κατηγορία. Στην τελική κατάταξη κατέλαβε την 9η και προτελευταία θέση. Την περίοδο 1987-1988 βρέθηκε στην τελευταία θέση του τελικού βαθμολογικού πίνακα με αποτέλεσμα να υποβιβαστεί.

Δεκαετία 2000
Η αλλαγή της χιλιετίας βρήκε τον Ηλυσιακό να αγωνίζεται στη Β' Εθνική Κατηγορία, από την οποία υποβιβάστηκε στο τέλος της περιόδου 1999-2000 έχοντας τερματίσει στη 13η θέση της τελικής κατάταξης. Η παραμονή του στη Γ' Εθνική, ωστόσο, υπήρξε πολύ σύντομη καθώς ολοκλήρωσε την περίοδο 2000-2001 αήττητος και κατά συνέπεια πρωταθλητής. Η καλή του πορεία συνεχίστηκε και την επόμενη περίοδο, 2001-2002, που είχε σαν επιστέγασμα την κατάκτηση και του πρωταθλήματος της Β' Εθνικής με 21 νίκες και 5 ήττες.

Η ανοδική πορεία του συλλόγου δεν διακόπηκε ούτε την επόμενη χρονιά, 2002-2003, καθώς η κατάληψη της 3ης θέσης στην Α2 Εθνική ήταν αρκετή για να του εξασφαλίσει την άνοδο στην Α1 Εθνική, λόγω οικονομικής αδυναμίας του Παλαιού Φαλήρου να συμμετάσχει σε αυτή.

Ο Ηλυσιακός δεν κατόρθωσε τότε να παγιώσει τη θέση του στην κορυφαία κατηγορία, καθώς την περίοδο 2003-2004 τερμάτισε στην τελευταία θέση με μόλις 6 νίκες σε σύνολο 26 αγώνων. Την επόμενη χρονιά, 2004-2005 στα πλαίσια της Α2 Εθνικής ολοκλήρωσε τις αγωνιστικές του υποχρεώσεις στην 6η θέση της βαθμολογίας. Την περίοδο 2005-2006 έπεσε στην 9η θέση, χωρίς ωστόσο να αντιμετωπίσει άγχος για την παραμονή του. Η περίοδος 2006-2007 δεν ήταν καλή για τον Ηλυσιακό, που τερματίζοντας στη 13η θέση, σε τριπλή ισοβαθμία, κινδύνευσε με υποβιβασμό. Λιγότερο αγχώδης ήταν η περίοδος 2007-2008 στην οποία τερμάτισε στην 11η και ασφαλή θέση (σε σύνολο 16 ομάδων). Ήταν τελικά το 2008-2009 που στον τελικό βαθμολογικό πίνακα ισοβάθμησε στην κορυφή με το Περιστέρι, ανεβαίνοντας εν τέλει στην Α1 Εθνική ως δεύτερος.

Τη Δευτέρα 8 Ιουνίου 2009, με Γενική Συνέλευση του Δ.Σ. του Ηλυσιακού Α.Ο. στα γραφεία του συλλόγου, αποφασίστηκε η μετατροπή του Τ.Α.Κ. Ηλυσιακός σε Κ.Α.Ε. Ηλυσιακός Α.Ο.

Δεκαετία 2010
Έχοντας επιστρέψει στην Α1 Κατηγορία, η ομάδα του Ηλυσιακού αυτή τη φορά πέτυχε να σταθεροποιήσει τη θέση της, ανανεώνοντας την παραμονή της για μια πενταετία.

Συγκεκριμένα την περίοδο 2009-2010 ολοκλήρωσε τις αγωνιστικές της υποχρεώσεις στη 12η θέση, ισοβαθμώντας με τα Τρίκαλα 2000 που υποβιβάστηκαν. Στο θεσμό του Κυπέλλου Ελλάδας γνώρισε τον αποκλεισμό στην 1η αγωνιστική της Β' Φάσης κατόπιν ήττας με σκορ 69-60 από τον Ηρακλή Θεσσαλονίκης. Την επόμενη χρονιά, 2010-2011, τερμάτισε στην 11η θέση. Η παραμονή του Ηλυσιακού στην κατηγορία εξασφαλίστηκε κατόπιν απόφασης αθλητικού δικαστηρίου, το οποίο οδήγησε στην Α2 την ΑΕΚ για πρώτη φορά στην ιστορία της. Στο Κύπελλο, την πορεία του Ηλυσιακού σταμάτησε στο πρώτο του παιχνίδι ο Αρκαδικός, ο οποίος τον υποχρέωσε σε ήττα με σκορ 87-73.

Την αγωνιστική περίοδο 2011-2012 ο Ηλυσιακός βρέθηκε ξανά στην 11η θέση, σε σύνολο 13 ομάδων αυτή τη φορά. Σε ότι αφορά το Κύπελλο, η ομάδα μας προχώρησε πολύ περισσότερο, εφόσον μετά από 4 αγώνες έφτασε στη φάση των 8, όπου και αποκλείστηκε οριακά από την Ε.Κ. Καβάλας με σκορ 77-76. Συνεχίζοντας στο ίδιο μοτίβο, ο Ηλυσιακός τερμάτισε και πάλι κοντά στη ζώνη του υποβιβασμού την επόμενη χρονιά 2012-2013 και συγκεκριμένα στη 12η θέση. Στο θεσμό του Κυπέλλου η πορεία του ανακόπηκε στην 1η αγωνιστική της Β' Φάσης, όταν ηττήθηκε με σκορ 87-74 από τον Απόλλωνα Πατρών.

Την σεζόν 2013-2014, ο Ηλυσιακός συμμετείχε στο πρωτάθλημα της Α1 Εθνικής Κατηγορίας, γνωστή και με την ονομασία «Basket League ΟΠΑΠ», καταλαμβάνοντας την 12η θέση σε ισοβαθμία με τον Πανελευσινιακό και τον Ίκαρο Χαλκίδας, και τελικά υποβιβάστηκε μαζί με τον Ίκαρο λόγω χειρότερης συγκομιδής πόντων στους μεταξύ τους αγώνες.

Σε ότι αφορά το θεσμό του Κυπέλλου Ελλάδας , ο σύλλογος συμμετείχε σε 4 αγώνες φτάνοντας μέχρι τη φάση των 8. Εκεί γνώρισε την ήττα από τον Ολυμπιακό, με σκορ 54-85 και αποκλείστηκε από τη συνέχεια της διοργάνωσης.

Κατά την περίοδο, 2014-2015, ο Ηλυσιακός αγωνίζεται στην Α2 Εθνική κατηγορία, στηριζόμενη σε κορμό νεαρών παικτών, με μέσο όρο ηλικίας χαμηλότερο των 21. Στο θεσμό του Κυπέλλου Ελλάδας απέκλεισε τον Ερμή Λαγκαδά (71-58) στην Α' φάση, και ηττήθηκε από τον Άρη (64-83) στην Β' Φάση.

Στις 4/2/2015, με έγγραφο που απέστειλε ο Ηλυσιακός στην Ε.Ο.Κ., δήλωσε ότι αποσύρεται από το πρωτάθλημα της Α2 Εθνικής Κατηγορίας Ανδρών, λόγω οικονομικής αδυναμίας.

Έτσι, βάση κανονισμού, υποβιβάστηκε δύο κατηγορίες και την περίοδο 2015-2016 αγωνίστηκε στη Γ’ Εθνική. Τερμάτισε στη 12η θέση με 32 βαθμούς και υποβιβάστηκε στην Α' Ε.Σ.Κ.Α., όπου θα αγωνίζεται την περίοδο 2016-2017.

Τμήμα καλαθοσφαίρισης γυναικών
Στο παρελθόν ο Ηλυσιακός διατηρούσε γυναικείο τμήμα καλαθοσφαίρισης, το οποίο διαλύθηκε στα μέσα της δεκαετίας του 1990.

Τμήματα υποδομών
Η εφηβική ομάδα του Ηλυσιακού αποτελεί ισχυρή δύναμη τα τελευταία χρόνια, έχοντας κατακτήσει δύο φορές το Πρωτάθλημα Ελλάδας Εφήβων, το 2007 και το 2008. Κατά την αγωνιστική περίοδο 2009-2010, ο Ηλυσιακός κατέκτησε το Πρωτάθλημα της Α' Κατηγορίας Εφήβων που διοργανώνει η Ε.Σ.Κ.Α.