Ilse Demme besucht nach dem Abitur das Lehrerinnenseminar, legt 1931 ihr Examen als Lehrerin für Land- und Hauswirtschaftskunde ab und unterrichtet anschließend an der landwirtschaftlichen Frauenschule in Bad Weilbach.
Aufgrund der jüdischen Herkunft ihrer Mutter wird sie nach der Machtübernahme der Nationalsozialisten nicht in den Staatsdienst übernommen. 1934 geht Ilse Demme, die bereits während ihrer Ausbildung viel reist und sich dem Sprachstudium widmet, nach Berlin und arbeitet als Sekretärin und Fremdsprachenkorrespondentin im Ibero-Amerikanischen Institut. 1938/39 ist sie als Übersetzerin bei der Ibero-amerikanischen Handelsgesellschaft, ab Mai 1941 im Luftfahrtgerätewerk Hakenfelde der Firma Siemens tätig.
Als entschiedene Gegnerin des nationalsozialistischen Regimes äußert sich Ilse Demme immer wieder kritisch. 1941 vervielfältigt sie Predigten und Briefe des Münsteraner Bischofs Clemens August Graf von Galen, der die Morde an Patienten in Heil- und Pflegeanstalten öffentlich anprangert.
Sie wird schließlich das Opfer einer Denunziation. Am 13. November 1941 wird sie auf ihrer Arbeitsstelle festgenommen. Die Polizei behauptet, dass sie wiederholt „feindliche Rundfunksendungen” empfangen und weiterverbreitet habe. Wegen „Vergehens gegen das Heimtückegesetz” und wegen „Rundfunkverbrechen” verurteilt sie das Sondergericht IV beim Landgericht Berlin am 18. August 1942 zu 15 Monaten Gefängnis. Nach Verbüßung der Haft kommt sie nicht frei, sondern wird in das Konzentrationslager Auschwitz und schließlich nach Ravensbrück verschleppt.
Während der Evakuierung des Lagers gelingt ihr am 28. April 1945 die Flucht. Sie überlebt den Nationalsozialismus.
Nach Kriegsende leitet Ilse Demme ab 1946 eine Gartenarbeitsschule in Berlin-Wilmersdorf, die 2001 nach ihr benannt wird.