2011년 영화 《파수꾼》과 《고지전》으로 신인상을 휩쓸며 '괴물 신인'이란 타이틀로 주목을 받았다.

영화로 데뷔했고 특히 충무로에서 많은 주목을 받은 만큼 드라마보다는 영화 출연작이 훨씬 많은 영화 주력 배우이다. 하지만 2016년 최고의 히트작 《시그널》을 시작으로 《모범택시 드라마 시리즈》등을 필모그래피에 추가시키며 드라마로도 활동 영역을 넓혀가고 있다.

현재 매니지먼트 《컴퍼니온》의 대표직을 맡고 있으며, 영화제작사 《하드컷》의 공동 설립자로도 활동하고 있다.

2005년 연극 《바다제비》를 통해 배우의 생활을 시작했고, 공식 데뷔작은 2006년 단편영화 《진실, 리트머스》이다. 이후 《친구 사이?》를 포함하여 10여편이 넘는 단편영화에 참여하였으며 첫 장편영화 출연작은 2009년 《약탈자들》이다. 이후 2010년 《김종욱 찾기》, 《세 자매》의 출연으로 연기력을 다졌고, 2011년 《파수꾼》과 《고지전》으로 자신의 존재를 충무로에 각인시켰다.

2011년은 이제훈의 필모그래피를 완전히 뒤바꾼 해이다. 영화 《파수꾼》과 《고지전》으로 연이어 주목받으면서 그해 영화제의 신인상이란 신인상은 전부 이제훈으로 대동단결했다. 시상식에서 파수꾼 이제훈과 고지전 이제훈이 경합을 벌이는 상황까지 발생했다. 후보자 화면 두 칸을 차지한 이제훈의 뻘쭘한 미소가 포인트.

《파수꾼》에서는 편부가정에서 자라 애정결핍에 시달리며 친구들을 괴롭히면서도 동시에 관심 받고 싶어하는 불량학생 기태 역할로, 《고지전》에서는 체제의 대립하에 끝나지 않는 전쟁 속 모르핀에 중독된 어린 나이의 중대장 신일영 역으로 열연을 펼쳤다. 특히나 《파수꾼》에서 박정민 배우와의 대치장면은 특유의 강렬한 눈빛과 대사 덕분에 신인배우들의 오디션 단골 레파토리로 꼽히고 있다.

참고로 대종상과 청룡영화상에서는 《파수꾼》으로, 부일영화상과 영평상에서는 《고지전》으로 신인남우상을 거머쥐었다. 이후로도 이제훈만큼의 임팩트를 남기며 스크린에 등장한 신인 남자배우는 찾아보기 어렵다.