Ильхам Алиев родился 24 декабря 1961 года в Баку, в семье начальника Контрразведывательного отдела КГБ Азербайджанской ССР Гейдара Алиева, ставшего позже 1-м секретарём ЦК компартии Азербайджанской ССР. Ильхам Алиев окончил в 1977 году среднюю школу № 6 Сабаилского района города Баку. Получив среднее образование, Ильхам Алиев поступил в Московский государственный институт международных отношений (МГИМО). По окончании института, в 1982 году он поступил в аспирантуру МГИМО. В том же году, по приглашению Андропова, семья Алиевых переехала в Москву. На вопрос журналиста Михаила Гусмана о поступлении в МГИМО, Ильхам Алиев ответил:
Защитив диссертацию на соискание учёной степени кандидата исторических наук, он остался на преподавательской работе в Московском государственном институте международных отношений.
После того, как Гейдар Алиев был отправлен в отставку с поста вице-премьера СССР и на основании этого выведен из Политбюро ЦК КПСС, Ильхаму Алиеву было «предложено» покинуть МГИМО, где он преподавал, на том основании, что это «политический вуз», а его отец впал в немилость у нового генсека Михаила Горбачева. Ильхам Алиев занялся частным бизнесом. В 1991 году он возглавил фирму «Ориент», а в 1992 году переехал в Стамбул и вернулся только, когда Гейдар Алиев стал президентом республики.
С 1994 года по август 2003 года — вице-президент, затем первый вице-президент Государственной Нефтяной Компании Азербайджанской Республики (ГНКАР). Принимал активное участие в осуществлении «нефтяной стратегии Гейдара Алиева». В 1995 году Ильхам Алиев был избран, а в 2000 году переизбран депутатом Милли Меджлиса Азербайджана. В 1997 году Ильхам Алиев стал президентом Национального олимпийского комитета Азербайджана. Руководя олимпийским комитетом, ему удалось поднять спортивную инфраструктуру. По его инициативе активно начали создаваться спортивные школы, формироваться национальные команды по тем видам спорта, которые традиционно были сильны в Азербайджане. За большой вклад в дело развития спорта и Олимпийского движения награждён высшим орденом Международного олимпийского комитета (МОК).
В 1999 году он был избран заместителем, в 2001 году первым заместителем председателя, а в 2005 году председателем правящей партии «Новый Азербайджан».
С 2001 по 2003 годы — руководитель делегации Милли Меджлиса Азербайджанской Республики (Парламента) в Парламентской Ассамблее Совета Европы (ПАСЕ).
В январе 2003 года Ильхам Алиев был избран заместителем Председателя Парламентской Ассамблеи Совета Европы и членом бюро ПАСЕ. В апреле 2004 года за активное участие в работе ПАСЕ и приверженность европейским идеалам был награждён дипломом почётного члена ПАСЕ и медалью ПАСЕ. В 2003 году сложил депутатские полномочия в связи с назначением на должность Премьер-министра Азербайджанской Республики.
В июле 2003 года Гейдар Алиев, находившийся на лечении, и Ильхам стали кандидатами на пост президента страны. Кроме того, 4 августа по просьбе президента Милли Меджлис назначил Ильхама премьер-министром страны. Дальнейшее развитие событий зависело от здоровья Алиева-старшего, который проходил курс лечения в США. 2 октября по государственному телевидению Азербайджана было зачитано обращение Гейдара Алиева к народу, в котором он заявил, что снимает свою кандидатуру в пользу сына.
15 октября 2003 года в стране прошли президентские выборы, победу на которых одержал Ильхам Алиев, набрав 79,46 % голосов. Оппозиция не признала исход выборов и на следующий день свыше 3 тыс. сторонников одного из оппозиционных кандидатов в президенты от партии Мусават двинулись по центральным улицам столицы к площади Азадлыг. На место событий прибыл полк внутренних войск, который вступил в столкновение с ними, в результате чего имелись жертвы. В ходе своей инаугурационной речи Ильхам Алиев заявил:
На первых порах Ильхам Алиев полностью зависел от старой правящей элиты, поскольку все значимые министерские посты оставались в руках лиц, пришедших к власти ещё при Гейдаре Алиеве. В октябре 2005 года было объявлено о предотвращении попытки государственного переворота, по обвинению в котором были арестованы 12 человек, среди которых министр экономического развития Фархад Алиев, министр финансов Фикрет Юсифов, министр здравоохранения Азербайджана Али Инсанов, президент Госконцерна «Азерхимия» Фикрет Садыгов и экс-президент Академии наук Азербайджана Эльдар Салаев. Согласно докладу Международной кризисной группы (International Crisis Group) за 2010 год в среде оппозиции
Победив на президентских выборах 15 октября 2008 года с более чем 88 % голосов избирателей, Ильхам Алиев во второй раз был избран на пост Президента Азербайджанской Республики. Вступил в должность 24 октября 2008 года. В следующем году в Азербайджане прошёл референдум в пользу принятия поправок к конституции, по итогам которого был снят лимит в два президентских срока, предоставив Ильхаму Алиеву право избираться бесконечное количество раз.
В «Индексе демократии стран мира 2011 года», составленного Economist Intelligence Unit, Азербайджан занял 140-е место как страна с авторитарным режимом.
В январе 2012 года влиятельная британская газета The Times включила Ильхама Алиева в список 100 человек, которые будут наиболее заметны и влиятельны в 2012 году. "Президент Азербайджана утверждает, что его страна "наиболее быстро развивается в мире", и Великобритания начинает чувствовать это: торговые центры и пятизвездочные отели растут в Баку, чтобы заманить нас в будущее "Дубая на Каспии". Ресторан азербайджанской кухни только что открылся в Найтсбридж, и Cond? Nast начала публикацию международной версии журнала (Баку)", - пишет британская газета
Став президентом, Ильхам Алиев, активно взялся за развитие внутреннего производства, нефтяного сектора. Во главу угла внутреннего развития была поставлена задача дальнейшей либерализации экономики, стимулирование внутренних инвестиций. В рамках новой экономической стратегии Государственная программа социально-экономического развития регионов (2004—2008 годы) были поставлены следующие задачи: создание полумиллиона рабочих мест, увеличение в совокупности ВВП удельной доли несырьевого сектора, развитие частного бизнеса, реализацию специальных программ финансовой помощи частным региональным предприятиям, инфраструктурное развитие страны, в частности строительство и реконструкция дорог, медицинских, образовательных и спортивных сооружений. В своей экономической стратегии Ильхам Алиев добился того, что по итогам 2007 года ВВП Азербайджана на душу населения достиг 3 тыс. $; с 2003 по 2006 гг. уровень бедности в стране снизился на 29 %, а среднемесячная зарплата в 2007 году прогнозировалась в 214,6 $. К 2007 году рост ВВП Азербайджана стал самым высоким в странах СНГ, а за первые четыре года правления Ильхама Алиева экономика выросла на 96 %.
При Ильхаме Алиеве Азербайджан впервые стал непостоянным членом Совета безопасности ООН.
В 1983 году Ильхам Алиев женился на Мехрибан Пашаевой. От брака родились трое детей: дочери Лейла и Арзу и сын Гейдар. 1 декабря 2008 года стал дедушкой, дочь президента Лейла Алиева стала матерью двух мальчиков. В интервью журналу Баку на вопрос о семье и супруге Алиев сказал:
Его обвиняют в коррумпированности, подавлении свободы выражения. Также не соблюдаются права человека.