Ilse Heylen nam drie maal deel aan de Olympische Spelen. Op haar olympisch debuut op de Olympische Spelen van 2004 in Athene, behaalde ze een bronzen medaille in de gewichtsklasse tot 52 kg.
In 2009 behaalde ze een bronzen medaille in haar gewichtsklasse op het Europees kampioenschap Judo in Tbilisi. In 2008 werd ze zevende. In 2007 behaalde ze ook een bronzen medaille en ook in 2006 werd ze derde op het Europees Kampioenschap in Tampere. In 2005 behaalde ze de gouden medaille op het EK.
Ze werd tweede tijdens het Europees Kampioenschap in 2004, Belgisch kampioen in 1997 en 2001 in de categorie -48 kg.
Op de Olympische Spelen van 2008 in Peking moest ze genoegen nemen met een zevende plaats en op de Olympische Spelen van 2012 verloor ze de kamp om brons.
