15 Haziran 1925'te İzmir, Menemen'de doğdu. İlk ve orta eğitiminin büyük bir bölümünü İzmir ve babasının işi dolayısıyla gittikleri farklı bölgelerde tamamladı. İzmir Atatürk Lisesi'nin birinci sınıfındayken mektuplaştığı bir kıza yazdığı Nazım Hikmet şiirleriyle yakalanmasıyla 1941 Şubat'ında, 16 yaşındayken tutuklandı ve okuldan uzaklaştırıldı. Üç hafta gözaltında kaldı. İki ay hapiste yattı. Türkiye'nin hiçbir yerinde okuyamayacağına dair bir belge verilince, eğitim hayatına ara vermek zorunda kaldı. Danıştay kararıyla, 1944 yılında okuma hakkını tekrar kazandı ve İstanbul Işık Lisesi'ne yazıldı. Lise son sınıftayken amcasının kendisinden habersiz katıldığı CHP Şiir Armağanında Cebbaroğlu Mehemmed şiiriyle ikincilik ödülünü pek çok ünlü şairi geride bırakarak aldı. 1946'da mezun oldu. İstanbul Üniversitesi Hukuk Fakültesi'ne kaydoldu. Üniversite hayatının başarılı geçen yıllarında Yığın ve Gün gibi dergilerde ilk şiirleri yayımlanmaya başladı. 1948'de ilk şiir kitabı Duvar'ı kendi imkânlarıyla yayımladı.
Paris yılları
1948 yılında, üniversite ikinci sınıftayken Nâzım Hikmet'i kurtarma hareketine katılmak üzere ilk kez Paris'e gitti. Bu harekette faal olarak yer aldı. Fransız toplumu ve orada bulunduğu çevreye ilişkin gözlemleri daha sonraki eserlerinde yer alan birçok karakter ve olaya temel oluşturmuştur. Türkiye'ye geri dönüşünde başı sık sık polisle derde girdi. Sansaryan Han'daki sorgulamalar ölüm, tehlike, gerilim temalarının işlendiği eserlerinde önemli rol oynamıştır. Şair bu gerilim havasını ilk şiirlerinde olmasa da özellikle Bela Çiçeği gibi kitaplarında eski günlerini yâd ettiği ya da eleştirdiği şiirlerini yayımladı. Birkaç kez gözaltına alındı.
Attilâ İlhan, "Kaptan" lakabının kendisine Paris yıllarında bir dönem sakal bırakması üzerine arkadaşları tarafından yakıştırıldığını belirtmiştir. Lakabın yayılmasında beş bölümden oluşan Kaptan şiiri etkili olmuştur.
İstanbul-İzmir-Paris üçgeni
1951 yılında Gerçek gazetesinde bir yazısından dolayı soruşturmaya uğrayınca Paris'e tekrar gitti. Fransa'daki bu dönem, Attilâ İlhan'ın Fransızcayı ve Marksizmi öğrendiği yıllardır. 1950'li yılları İstanbul-İzmir-Paris üçgeni içerisinde geçiren Attilâ İlhan, bu dönemde ismini yavaş yavaş Türkiye çapında duyurmaya başladı. Yurda döndükten sonra, Hukuk Fakültesi'ne devam etti. Ancak son sınıfta gazeteciliğe başlamasıyla beraber öğrenimini yarıda bıraktı. Sinemayla olan ilişkisi, yine bu dönemde, 1953'te Vatan gazetesinde sinema eleştirileri yazmasıyla başlamıştır.
Sanatta Çok Yönlülük
1957'de gittiği Erzincan'da askerliğini yaptıktan sonra İstanbul'a dönüş yapan Attilâ İlhan, sinema çalışmalarına ağırlık verdi. On beşe yakın senaryoya Ali Kaptanoğlu adıyla imza attı. Sinemada aradığını bulamayınca, 1960'ta Paris'e geri döndü. Sosyalizmin geldiği aşamaları ve televizyonculuğu incelediği bu dönem, babasının ölmesiyle birlikte yazarın İzmir dönemini başlattı. Sekiz yıl İzmir'de kaldığı dönemde, Demokrat İzmir gazetesinin başyazarlığını ve genel yayın yönetmenliğini yürüttü. Aynı yıllarda, şiir kitabı olarak Yasak Sevişmek ve Aynanın İçindekiler dizisinden Bıçağın Ucu yayımlandı. 1968'de Biket İlhan ile evlendi, 15 yıl evli kaldı.
İstanbul'a dönüş
1973'te Bilgi Yayınevi'nin danışmanlığını üstlenerek Ankara'ya taşındı. Sırtlan Payı ve Yaraya Tuz Basmak'ı Ankara'da yazdı. 1981'e kadar Ankara'da kalan yazar Fena Halde Leman adlı romanını tamamladıktan sonra İstanbul'a yerleşti. İstanbul'da gazetecilik serüveni Milliyet (2 Mart 1982 - 15 Kasım 1987) ve Gelişim Yayınları ile devam etti. Bir süre Güneş gazetesinde yazan Attilâ İlhan, 1993-1996 yılları arasında Meydan gazetesinde yazmaya devam etti. 1996 yılından 2005 yılına kadar köşe yazılarını Cumhuriyet gazetesinde sürdürdü. 1970'lerde Türkiye'de televizyon yayınlarının başlaması ve geniş kitlelere ulaşmasıyla beraber Attilâ İlhan da senaryo yazmaya geri döndü.
Sekiz Sütuna Manşet, Kartallar Yüksek Uçar ve Yarın Artık Bugündür halk tarafından beğeniyle izlenilen diziler oldu.
İlk romanı Sokaktaki Adam yayımlandığında 10 roman yazmıştı. Bunlar hiç gün ışığına çıkmadı. Attilâ İlhan bunun sebebini bir söyleşide şöyle açıklıyor: "... birçok roman yazdım daha önceden. Ama neden yayınlamadım? Çok akıllıca bir sebebi vardı. Çünkü biliyorum ki yazarlar ilk romanlarında kendilerini anlatırlar. O da romancılık değildir. Günlük tutmaktır." (Düşün, Haziran 1996).
Roman serüvenine başladığında döneminin diğer yazarları daha çok yerel ve kırsal olayları, kişileri işlerken Attilâ İlhan şehir insanını Türkiye'nin yakın dönem tarihini siyasal, ekonomik ve sosyal yanlarıyla ele alan bir yapı içerisinde işliyordu. Sadece İstanbul ve İzmir gibi Türkiye'nin büyük şehirlerini, işlediği dönemin yaşam tarzını, ekonomik ve sosyal sorunlarını kahramanlarının gözüyle yansıtmakla yetinmiyor; aynı zamanda, batı kültürünün Türkiye'ye ne şekilde yansıdığını, olumlu ve olumsuz etkilerini, çizdiği karakterlerle ve Avrupa'daki şehirlerle örtüşen bir yapı içerisinde inceleniyordu.
Hazırlık ve arayış dönemi
Romanda "hazırlık ve arayış dönemi" diye nitelendirilebilecek dönemde, yayımladığı Sokaktaki Adam ve Zenciler Birbirine Benzemez'de yazarın Paris'te yaşadığı yıllara ait deneyimlerinin ve gözlemlerinin karakterlere yansıdığı görülür. Yazıldığı yıllarda Türkiye'deki Batılılaşma uğruna toplumdan kopan kişilerin bocalamaları Sokaktaki Adam'da ele alınırken, Zenciler Birbirine Benzemez'de Avrupa'da komünist ve antikomünist mültecilerle karşılaşan, hayal kırıklığına uğramış bir devrimci anlatılır. Her bölümün farklı bir karakterin ağzından aktarıldığı Sokaktaki Adam, Attilâ İlhan'ın edebiyatımıza getirdiği yeni bir söylem olarak alınabilir. Daha sonraki romanlarında da görüleceği gibi, diyalektik bir yaklaşımla işlenen olaylarda kahramanlar güçlü ve zayıf yanlarıyla okura ulaşır; birbirlerini suçlamaz ve okuyucuda ön yargı oluşturmazlar. Attilâ İlhan, Zenciler Birbirine Benzemez için şunları söylemiştir: "Kitap 'soğuk savaş'ın en belalı döneminde yazıldı, yayınlandı. Çok ikircikli bir sorunu tartışıyordum. Romanın kahramanı, İstanbul'daki ve Paris'teki 'solcu' çevrelerle düşüp kalkıyor, bunlarla ilişkilerini ve tartışmalarını anlatıyordu, her şeyi olduğu gibi yazmak, romanın yayımlanmasından vazgeçmekle eşitti. Bu bakımdan, içeriğine hafif flu bir hava verdim."
Romanın dilinin farklılığını ise yazıldığı dönem içerisinde yoğun Fransızca çalışmasına bağlayan yazar, bazı cümleleri Fransızca düşünüp Türkçe yazmıştır.
Olgunluk dönemi
Yazarın "olgunluk dönemi" diye tanımlanabilecek edebiyat süreci Kurtlar Sofrası ile başlar. Sokaktaki Adam'da ne istediğini değil, ne istemediğini bilen biri anlatılırken; Zenciler Birbirine Benzemez'de Mehmed-Ali istedikleri ile istemedikleri arasında mütereddit bir karakteri yansıtmaktadır. Oysa Kurtlar Sofrası'nda Mahmud ne istediğini çok iyi bilen bir karakteri çizer. Bu üç romanıyla Attilâ İlhan Türk aydınına farklı açılardan bakar, fikirlerini diyalektik-materyalist bir sentez içinde derleyerek Türkiye için bir sentez önerir – ki sonradan yazdığı yedi kitaplık Aynanın İçindekiler serisi de bu zemine oturmaktadır. Bıçağın Ucu, Sırtlan Payı, Yaraya Tuz Basmak, Dersaadet'te Sabah Ezanları, O Karanlıkta Biz, Allah'ın Süngüleri: Reis Paşa ve Gazi Paşa bu seriyi oluşturan romanlardır. Her romanda yer alan karakterler, Türkiye'nin tarihinde köşe başlarını oluşturmuş dönemlere ayna tutan aydınlardır. Tarihi olaylar, politik ve sosyal dengelerle ele alınır. Birbirleriyle bağlantısı olan karakterlerden her biri bir romanda ön plana çıkar ve olaylar onun gözlemleriyle aktarılır. Bu serinin bütünü irdelendiğinde yine, yazarın Türk aydınına yakın tarihimize bir bakma şansı tanıdığını ve kendi toplumcu-gerçekçi bakış açısıyla önergeler sunduğu görülür.
Ölümü
Attilâ İlhan ilk kalp krizini 1985 yılında geçirdi. Bu tarihten sonra kardiyolojik sorunları devam eden İlhan'ın 2004'ten itibaren sağlık durumu daha da bozuldu. 10 Ekim 2005'te İstanbul'daki evinde geçirdiği ikinci kalp krizi sonucu hayata veda ettiğinde 80 yaşındaydı.
2003 Sertel Demokrasi Ödülü'ne layık görülmüştür. 1946 CHP Şiir Yarışması İkinciliği, 1974 Türk Dil Kurumu Şiir Ödülü Tutuklunun Günlüğü ile, 1974 Yunus Nadi Roman Armağanı Sırtlan Payı ile, vefatından sonra 2007 yılında kurulan Attilâ İlhan Bilim Sanat Kültür Vakfı çalışmalarına devam etmektedir.