All'età di 26 anni, si unì al NSDAP. Nel partito incontrò il suo futuro marito, Karl Koch, con il quale fu abbinata da Heinrich Himmler in persona. Si sposarono nel 1936 e Karl Koch divenne comandante di un campo di concentramento. Il campo era circondato da una foresta di faggi, quindi il nuovo amministratore suggerì a Himmler di chiamarlo Buchenwald (foresta di faggi).
Nel frattempo, il signor e la signora Koch presero residenza in una villa costruita appositamente accanto al campo. In tale contesto, Ilse Koch diede alla luce il suo primo figlio. Dopo di che, iniziò a interessarsi maggiormente alle questioni del campo. Le mogli di altri uomini delle SS ricordarono che le piaceva guardare i prigionieri in piedi nudi durante gli appelli di punizione, che potevano durare ore. Dopo la guerra, i testimoni dichiararono che ordinò l'appello per i prigionieri tatuati. Ordinò loro di spogliarsi dalla vita in su. Osservò attentamente i tatuaggi e quelli con i disegni più interessanti furono in seguito uccisi su suo ordine.
Anche su sua sollecitazione, i prigionieri venivano picchiati e tormentati più a lungo e duramente del solito. Anche il marito avrebbe ceduto alle sue persuasioni, a cui chiedeva, ad esempio, di gettare i prigionieri giù dalla rupe della cava del campo. Le piaceva anche camminare a seno nudo e se un prigioniero la guardava, veniva punito con una fustigazione nel migliore dei casi.
Le piaceva andare a cavallo e, per soddisfare questa esigenza, il comandante ordinò che le venisse costruito un maneggio coperto, al centro del quale vennero costruiti degli specchi in modo che Ilse potesse vedersi. Durante questa costruzione, 30 prigionieri morirono di sfinimento. Non erano rare anche le passeggiate a cavallo attraverso la campagna e più di una volta calpestò i prigionieri durante le loro passeggiate. Amava gli animali, quindi fece costruire uno zoo appena fuori dal campo. Includeva orsi, lupi e persino scimmie.
Il matrimonio di Ilse e Karl Koch non fu felice: nel campo, la moglie del comandante ebbe numerose relazioni sentimentali. Inoltre, Ilse Koch denunciò alla polizia che il marito stava conducendo affari illegali, sebbene allo stesso tempo scrisse al superiore immediato del marito rassicurandolo sulla sua innocenza. Karl Koch fu trasferito e divenne comandante di Majdanek, un campo di sterminio nella Polonia orientale, mentre Ilse Koch rimase a Buchenwald. Alla fine, entrambi furono processati per corruzione, appropriazione indebita e frode. Lui fu condannato a morte, mentre Ilse Koch fu assolta dal tribunale. Dopo il processo, Ilse andò a vivere vicino a Stoccarda nella primavera del 1945.
Nel frattempo, gli americani liberarono il campo ad aprile. Le prime testimonianze dei sopravvissuti fecero sì che venissero avviate le ricerche di Ilse, che fu presto arrestata.
Fu imprigionata a Dachau, una prigione temporanea, dove attese il processo. Nel frattempo, rimase incinta, ma si rifiutò di rivelare chi fosse il padre del bambino. Probabilmente, a causa della gravidanza, Ilse Koch voleva evitare la punizione in tribunale.
Il processo ricevette molta esposizione mediatica. Ilse Koch fu condannata all'ergastolo il 14 agosto 1947. La Guerra fredda e il riscaldamento delle relazioni tra Stati Uniti e Germania Ovest portarono a una revisione della sentenza, che fu ampiamente criticata. Nel 1948, affrontò di nuovo un processo, questa volta in Germania, che condannò anche Koch all'ergastolo.
Nel 1967, si suicidò in prigione.