1978 yılında Ankara Tıp Fakültesinden mezun oldu. Aynı fakültede 1982 yılında İç Hastalıkları Uzmanlığını aldıktan sonra, askerlik görevini GATA Hematoloji Kliniğinde başasistan olarak yaptı. Mecburi Hizmet görevini SSK Ulus hastanesinde tamamladıktan sonra yan dal ihtisası için AÜTF' ne döndü.
1991 yılında Hematoloji doçenti oldu. Lösemi konusunda bilgi ve görgüsünü arttırmak için İtalya Cenova'da çalıştı. Türkiye'de ilk defa yapılan kandan kök hücre nakli ekibinde görev aldı. Türk ALL çalışma grubu başkanlığını yapan Dr. İlhan 1993-96 yıllarında AÜTF yönetim kurulu üyeliği yaptı.
1996 yılında ABD'de giderek M.D.Anderson Cancer Center' de Prof. Dr. Martin Korbling ve Prof. Dr. Richard Champlin' le Kök Hücre Mobilizasyonu Kriyoprezervasyonu ve Nakil konularında çalıştı.
1996 yılında Hematoloji profesörü oldu. 1999 yılında ESFH (European Society for Hemapheresis) bölge başkanı seçildi. 2000 yılında Hemaferez Derneği Kurucu Başkanı olan Dr. İlhan 2001'de World Apheresis Association (WAA) yönetimine girdi.
2001 yılı Ekim ayında Türk Hematoloji Derneği Başkanı oldu. İki dönem başkalığı takiben 2005 yılında Dünya Hematoloji Kongre başkanı iken kendi isteği ile ayrıldı. Halen başkanlığını yaptığı Türkiye Kemik İliği Transplantasyon Vakfında değişik görevler aldı.
Avrupa Hematoloji Birliği’nda (EHA) aktif görev yapan Dr. İlhan eğitim ile ilgili ECAH' ın (European Committe in Accreditation of Hematology) kurul üyeliği yaptı. JACIE (Joint Acreditation Committe ISCT-EBMT) müfettişi olan Dr. İlhan aynı zamanda Türkiye sorumlusu oldu.
MDS Foundation üyesi olan Dr. İlhan, 2005 yılında 30. ISH Dünya Hematoloji Kongresini İstanbul'da, 15. ESFH Avrupa Aferez Kongresini Antalya'da başkanlığını yaparak ilklere imzasını attı. 2008 yılında kurulan Hücresel Tedavi ve Rejeneratif Tıp Derneğinde kurucu başkan olarak görev aldı. 2011 yılında Geriatrik Hematoloji Derneği'nde kurucu başkanı oldu. 2012'de yapılan Dünya Aferez Kongresi (WAA) Onursal Başkanıdır.
Sağlık Bakanlığı’ nda daha önce ilaç ruhsatlandırma ve etik kurullarında görev alan Dr. İlhan; Fotoferez-Aferez Komisyonu Başkanlığı, Kemik İliği Nakli Bilimsel Kurul Başkanlığı yanı sıra Ulusal Organ Doku Hücre Koordinasyon Kurulu Başkanlığı'nı yapmıştır. KÖK HÜCRE VAKFI kurucu başkanıdır. TÜRKÖK (Türkiye Kök Hücre Verici Bankası) kurulmasında önemli rol almıştır.
200’den fazla Pub-Med' de kayıtlı dergilerde yayını bulunan Dr. İlhan, 3000'den fazla atıf vardır. H Faktörü 25' tir. 1050 Avrupa Hematoloji Birliği Sürekli Tıp Eğitimi (EHA-CME) kredisi vardır. Avrupa Hematoloji Birliğinin Platin CME sertifikasının sahibidir. Transfusion and Science ve Therapeutic Apheresis dergilerinin editorial board üyesidir.
Hemaferez Derneğinin "Hayat Boyu Hizmet Ödülü"nün sahibi olan Prof. Dr. Osman İlhan adına 2009 yılından itibaren her yıl dernek tarafından "Prof. Dr. Osman İlhan Hemaferez Ödülü" verilmektedir. KÖKTEN ÇÖZÜM ve HEMAFEREZ alanında kendi adına Türk Patent Enstitüsü'nden marka patenti almıştır.