Liseyi Bursa Erkek Lisesi'nde okudu ve Ankara İktisadi ve Ticari Bilimler Akademisi'ni kazanarak üniversite eğitimine devam etti. Yirmi yaşında 1959 yılında Ankara Devlet Operası sınavlarına girdi ve Türkiye birincisi oldu. Opera'da 7-8 ay çalıştıktan sonra ayrıldı ve TRT Ankara Radyosu sınavını yine üstün başarıyla birincilikle kazanarak çalışmalarına burada devam etti, 1961 yılında üniversiteden mezun oldu. Bu yıllarda kendi bestelerini "Kazablanka Gazinosu"'nun sahnelerinde seslendiriyordu. 1965 yılında Hürriyet Gazetesi'nin düzenlediği Altın Mikrofon Yarışması'na sözü, müziği kendisine ait Gençliğe Veda isimli plağı ile katılarak birinciliği kazandı. Bu bir ilkti ve böylece Klasik Türk müziğinde çok sesliliğe geçiş dönemini başlatmış oldu. Sanatçı popüler müziğin en önemli isimlerinden biri haline geldi. Son Mektup, Mazideki Aşk, Bir Kırık Kalp, Bir Garip Yolcu, Sonbahar Rüzgârları parçaları ile başarı yakaladı. Yıldırım Gürses film müziklerinde de besteleri kullanılan en başarılı sanatçılardan da biriydi. Türk sanat müziği sanatçısı Onur Akay, Yıldırım Gürses’le 15 sene önce yaptığı ve hiçbir yerde yayınlanmayan söyleşiyi, 2015 yılında Aydınlık Gazetesi’nde yayınladı. Söyleşide, Yıldırım Gürses’in ilk bestesinin, İçime Hep Hüzün Doluyor olmadığı ortaya çıktı. Yıldırım Gürses'e ait yaklaşık 350 beste bulunmakta olup 1986 yılında bizzat Yıldırım Gürses kurucusu ve başkanı olmak üzere ekibi ile birlikte MESAM'ı kurdu ve böylece Türkiye'de ilk kez bestekâr ve söz yazarlarının haklarını koruyan "Türkiye Musiki Eseri Sahipleri Meslek Birliği" adı altında bir meslek birliği kurmuş oldu. Yaşamında 30'a yakın albüm yapan ünlü sanatçının son olarak da 1999 yılında "best of" albümü Anılarla Yıldırım piyasaya çıktı. 1962 yılında kendisi gibi TRT ses sanatçısı olan Ayla Gürses'le evlendi. Bu evlilikten Beyazıt adını verdiği bir oğlu dünyaya geldi. Yıldırım Gürses 18 Kasım 2000 tarihinde 62 yaşında geçirdiği kalp krizinin ardından dünyaya veda etti.