Ortaokulda solfej ve şan dersleri almaya başladı ancak müzik hayatına girmesi, 1969 yılında (14 yaşındayken) üst dönemler tarafından okul orkestrasına solist olarak seçilmesi ile oldu. 1970 yılında mensubu olduğu Meltemler Orkestrası, Milliyet Gazetesi'nin düzenlediği Liselerarası Müzik Yarışması'nda Marmara bölgesi birinciliği kazandı.[3] Bu dönemde İstanbul'daki pek çok profesyonel müzik grubundan teklif aldı ancak 1972 yılına kadar Bursa'da kalmayı tercih etti.[4] Aynı kadro ile 1972'ye kadar Bursa Çelik Palas Oteli'nde ve Uludağ diskolarında dans müziği şarkıcılığını sürdürdü.
İlhan İrem sanat hayatında 70'li yılları "romantik dönem" olarak adlandırır.[5] Bu dönemde single plaklar ve romantik hit parçalar üretmiş, 1973 yılında kendi imkânları ile Diskotür firmasına yaptığı ilk 45'liği Birleşsin Bütün Eller - Bazen Neşe Bazen Keder ile beklediği başarıyı yakalayamadı. Plak firmasının bestelerini başka sanatçılara söyletme isteğini geri çevirdikten sonra yapmış olduğu ikinci 45'liği "Yazık Oldu Yarınlara - Haydi Sil Gözlerini" genç sanatçıyı bir anda Türkiye'deki en popüler sarkıcılardan biri yaptı.[6] 1975 yılında yayınlanan üçüncü 45'liği "Anlasana" ile başarısını devam ettirdi.
1976 yılında yayınladığı dördüncü 45'liği, tanrıyı sorguladığı "Kuklacı Amca" şarkısı nedeniyle gelen baskılar sonucunda plak şirketi tarafından piyasadan toplatıldı.[7] 1976 yılında ilk uzunçalar çalışması olan İlhan İrem 1973-1976 yayınlandı. "Havalar Nasıl", "İşte Hayat", "Son Selam", "Ayrılık Akşamı", "Sen Bilirsin", "Bal Ağızlım" gibi her yaptığı 45'lik liste başı oldu.[8] 1973-1981 yılları arasında toplam 10 adet 45'liği yayınladı ve 1979 yılında yayınladığı senfonik yapıdaki Sevgiliye uzunçaları ile Esin Engin'in aranjörlüğünde ilk defa akademik bir çalışmayla müzik yaşamında yeni bir yola saptı. Sevgiliye albümünde ilk defa kendi yazdığı sözler dışında bir Nazım Hikmet şiiri olan "Hoşgeldin Kadınım"ı besteledi ve "Hoşgeldin" adı ile seslendirdi.
28 Temmuz 2022 tarihinde böbrek yetmezliği nedeniyle kaldırıldığı hastanede hayatını kaybetti.[60] Haberi İstanbul Büyükşehir Belediyesi Başkanı Ekrem İmamoğlu duyurdu.