Fils de Robert Somerhalder, entrepreneur immobilier, et d'Edna, kinésithérapeute, Ian Somerhalder est né en Louisiane. Il a des origines française et anglaise du côté de son père, et irlandaise, écossaise et choctaw de celui de sa mère. Il a un frère, Robert, et une sœur, Robyn.
Il débute dès l'âge de 10 ans une carrière de mannequin. À 16 ans, il s'installe à New York où il continue de jouer les modèles. Il travaille alors pour les plus grands : Versace, Calvin Klein, Dolce & Gabanna et bien d'autres.
À 17 ans, il prend des cours de comédie et obtient ses premiers rôles dans des séries. Il intègre le casting de Young Americans, un spin-off de Dawson diffusé durant l'été 2000 sur la chaîne WB. Mais la série ne dépasse pas les huit épisodes. L'année suivante, il joue le nouveau petit ami de Lana Lang, Adam Knight, dans la saison 3 de Smallville.
En 2002, l'acteur tourne aux côtés de James Van Der Beek dans Les Lois de l'attraction de Roger Avary. En 2004, J.J. Abrams l'engage pour incarner Boone Carlyle dans la première saison de Lost : Les Disparus. Malgré la mort de son personnage dans le 20e épisode de la première saison, il est revenu dans sept épisodes. En mai 2006, il fait partie de la liste des 10 meilleurs mannequins masculins de l'agence DNA Models.
En 2009, Ian Somerhalder est à l'affiche de la série évènement Vampire Diaries où il y incarne le rôle de Damon Salvatore. Il partage l'affiche avec Paul Wesley qui incarne son frère Stefan Salvatore dans la série et Nina Dobrev alias Elena Gilbert, la fille qui fait chavirer le cœur de ces deux jeunes hommes.
Ian Somerhalder a fait partie des célébrités impliquées dans le nettoyage du golfe du Mexique après la catastrophe pétrolière de la plateforme Deepwater Horizon le 22 avril 2010. Il est membre de l'association St. Tammany Humane Society qui s'occupe d'animaux abandonnés ou maltraités. Il participe aussi au projet It Gets Better Project avec Candice Accola, qui joue également dans la série Vampire Diaries. Il est actuellement en couple avec sa partenaire d'écran de vampire diaries, Nina Dobrev

Comme toute personne, il est assez complexe. Il reste une personne assez humble quand il le faut. Il reste lui même, discret, sans me cacher derrière tout ce qu'il vois non plus. C'est une personne relativement... Drôle, avec le rire/l'humour facile. Il à toujours été doué pour d'étendre les atmosphères légèrement tendues... Au niveau défauts... Oula, il est tout de même impulsif. Il adore partir a l'aventure et découvrir de nouvelles choses, et ça, c'est une qualité, mais je me lance également dans des histoires moins joyeuses. Il ne réfléchis pas toujours a mes actes sur le coup... Il pourrait frapper quelqu'un et le regretter par exemple. Et quand il frappe quelqu'un, c'est souvent par jalousie, autre de ses défauts... il est du genre à chercher la bagarre, et a jouer les durs, même si tout ce mauvais caractère disparais, quand il est en présence d'amis... Il suit un brin trop protecteur envers ses proches, ce qui à tendance à l'embrouiller parfois avec eux. Il n'est suis pas du genre, non plus, à baisser les bras et dès qu'il a une idée en tête, il est vraiment ou rarement impossible de l'en dissuader. D'un tempérament extrêmement jaloux et possessif, il ne supporte pas qu'on approche de trop près de sa petite amie du moment. Ian est également très sur de lui, peut être même un peut trop d'ailleurs.