İsmail Hacıoğlu, 30 Kasım 1985 tarihinde İstanbul Fatih'te doğdu. Eski Fenerbahçeli futbolculardan Mehmet Hacıoğlu'nun oğlu olan İsmail, babasının aksine koyu bir Galatasaray taraftarıdır. Kardelen adında bir kız kardeşi olan Hacıoğlu, henüz 12 yaşındayken dublaj yaparak para kazanmaya başladı.
Eğitimini Müjdat Gezen Sanat Merkezi Tiyatro Bölümü'nde tamamlayan İsmail Hacıoğlu, burada iki sezon boyunca tiyatro oyunlarında sahne aldı. Ayrıca, hocaları Aydoğan Tamer ve Erdal Duman'ın kurduğu özel tiyatroda ve Duman'ın İstanbul Gençlik Tiyatrosu'nda da rol aldı. Eğitimine devam ederken, reklam filmlerinde seslendirme yapmaya başladı.
İsmail Hacıoğlu, televizyon dünyasına ilk adımını "Bir İstanbul Masalı" dizisinde canlandırdığı Ozan karakteriyle attı. Bu dönemde Mimar Sinan Üniversitesi Devlet Konservatuvarı Tiyatro Bölümü'nü kazandı ancak bölüm başkanı Zeliha Berksoy'un "Hem okul hem dizi aynı anda olmaz" uyarısı üzerine okuldan ayrıldı.
2002 yılında, yönetmenliğini Ömer Kavur'un yaptığı ve senaryosunu Macit Koper ile birlikte kaleme aldığı "Karşılaşma" adlı sinema filminde Osman karakterine hayat verdi. Bu performansı ile 40. Antalya Film Şenliği'nde Umut Veren Genç Oyuncu ödülüne layık görüldü.
2003 yılında "Bir İstanbul Masalı" dizisinde Ahu Türkpençe, Mehmet Aslantuğ, Ozan Güven, Çetin Tekindor gibi önemli isimlerle birlikte yer aldı. 2007 yılında ise Ömer Vargı'nın yönetmenliğini yaptığı, Yavuz Turgul'un senaryosunu yazdığı "Kabadayı" filminde Şener Şen, Kenan İmirzalıoğlu ve Aslı Tandoğan ile birlikte oynadı.
2013 yılında TRT'de yayınlanan "Osmanlı Tokadı" dizisinde Fatih Sultan Mehmed karakterini canlandırdı. Bu dizide, dönemin eşi Vildan Atasever'in yanı sıra Alper Kul, Uğur Çavuşoğlu ve Mazhar Alanson gibi isimlerle birlikte rol aldı.
İsmail Hacıoğlu, 10 Nisan 2010 tarihinde oyuncu Vildan Atasever ile evlendi; çift, 2014 yılında İstanbul'u terk ederek Datça'ya yerleşti. Ancak, 21 Ocak 2015 tarihinde boşandılar. Hacıoğlu, 5 Şubat 2016 tarihinde dansçı Duygu Kaya Kumarki ile ikinci evliliğini yaptı.
