Филолог, славист, профессор, член-корреспондент АН СССР (1962).
Окончил 2-й МГУ (1931). Филин был активным сторонником и пропагандистом ставшего к тому времени официальным Нового учения о языке Н. Я. Марра; 24-летний Филин участвовал несколькими статьями (3 статьи и анонимное предисловие) в сборнике марристов «Против буржуазной контрабанды в языкознании» (1932), где разгромной критике и прямым политическим обвинениям подверглось большинство лингвистов, не связанных с «Новым учением». Филин был одним из немногих активных марристов, имевших лингвистическое образование.
Однако на практике его собственно лингвистические работы 1930—1940-х годов, как и большинства авторов, объявлявших себя последователями Марра в этот период, уже мало связаны с «Новым учением» (эта связь фактически ограничена предисловиями) и выдержаны в ключе традиционной славистики. Таковы его первая монография «Исследования по лексике русских говоров» (1936) и компилятивная книга «Очерки истории русского языка до XIV столетия» (1940), где есть даже ссылки на расстрелянных незадолго до того оппонентов Марра славистов Н. Н. Дурново и Г. А. Ильинского.
Всю войну и до 1946 года он провел в войсках. В 1944 году Филина отпустили с фронта на три дня, для участия в диалектологической конференции в Вологде. В 1947 защитил докторскую диссертацию по теме «Лексика русского литературного языка древнекиевской эпохи» (опубликована в 1949; Марр и его положения в ней не упоминаются вообще). Речь шла о литературном языке, которому славист-эмигрант А. В. Исаченко, по утверждению Филина, отказывал в существовании. Во время разгрома марризма было обнаружено (Е. Т. Черкасова, в сборнике «Против вульгаризации и извращения марксизма в языкознании», т. 1, 1951 г.), что некоторые этимологии из этой работы Филин приводил как собственные без ссылок на источники, а классификация лексики «переписана с небольшими изменениями» у украинского «буржуазного историка» М. С. Грушевского.
В 1948 Филин в рамках борьбы с космополитизмом начал (вместе с Г. П. Сердюченко) новую кампанию по осуждению и шельмованию (действительных или мнимых) оппонентов марризма, причём от критики не были застрахованы даже такие деятели «нового учения», как И. И. Мещанинов и Н. Ф. Яковлев; стремясь обезопасить себя, они вскоре сами присоединились к этой кампании. Во время проработки осенью 1949 в Ленинградском университете скончался Д. В. Бубрих, которому ставилось в вину излишнее цитирование «буржуазных» зарубежных учёных.
Выступление Сталина с резкой критикой марризма (1950) полностью отменило филинскую кампанию; некоторое время он был вынужден по устоявшемуся ритуалу «признавать свои ошибки» и «каяться». Одно время было запрещено ссылаться на работы Филина.
В 1960-е годы начался новый карьерный рост Филина, который становится фактически преемником В. В. Виноградова на ключевых официальных постах советской лингвистики: директор Института языкознания АН СССР (1964—1968), а затем института русского языка АН СССР (с 1968 до конца жизни). Кроме того, главный редактор журнала «Вопросы языкознания» (с 1971 также до конца жизни).
Основные труды в области истории русского языка, лексикологии и лексикографии. Исследовал проблемы этногенеза славян, русской диалектологии и лингвистической географии, проблемы общего языкознания и социолингвистики, развития, структур и функций, стилевых разновидностей литературных языков, их историко-сопоставительного изучения. Один из составителей и председатель редколлегии «Словаря современного русского литературного языка» (Ленинская премия 1970). Руководитель работы по составлению многотомного «Словаря русских народных говоров». Награжден 4 орденами, а также медалями. Почётный доктор наук Ягеллонского университета.
За 17-томный «Словарь современного русского языка» Филин в 1970 году был удостоен Ленинской премии. При энергичном содействии Филина начал выходить главный труд жизни О. Н. Трубачёва, грандиозный «Этимологический словарь славянских языков. Праславянский лексический фонд». При его же, Филина, содействии, увидел свет «Словарь русского языка XI—XVII веков» под редакцией Г. А. Богатовой.
В 1960-е-1980-е годы Филин вновь, как и в марристский период, пользовался отрицательной репутацией среди лингвистической общественности. По многочисленным воспоминаниям и свидетельствам, он (особенно на посту директора Института русского языка) административно препятствовал научной деятельности и публикациям авторов, причастных к тем или иным коллективным письмам в защиту политзаключённых (Ю. Д. Апресян, И. А. Мельчук и др.) либо работавших вне планов академических институтов (пытался воспрепятствовать публикации Грамматического словаря русского языка А. А. Зализняка). При нём вынуждены были уйти из института М. В. Панов, Ю. Д. Апресян, В. Д. Левин, В. Г. Орлова, Л. Л. Касаткин, Л. П. Крысин и др. В соответствии с установками И. В. Сталина («Марксизм и вопросы языкознания») Филин в поздний период считал истинно «марксистским языкознанием» только историческое; «антиисторизм» было любимым его ругательством.