Kisiskolásként tanult meg zongorázni, szünidőben pedig a szomszédságukban lévő Nyári Színkört látogatta, még a próbákon is megjelent. Középiskolai tanulmányait a budapesti Fasori Evangélikus Gimnáziumban folytatta, de tizenöt évesen már a Zeneakadémiára járt, majd jogot tanult s vezette a Pesti Napló zenei rovatát. Zeneszerzőként kezdetben kuplékat írt, különösen népszerű volt a "Mert a Berta nagy liba" című dala.

Tatárjárás című operettjét 1908-ban mutatta be a Vígszínház. Kálmán első nagy sikerét 144 alkalommal játszotta a színház, és az ősbemutató után Bécsben is előadták. Az ifjú zeneszerző ezután a császárvárosba költözött, darabjait a Theater an der Wien mutatta be, s ezt követően kerültek színpadra Budapesten. Olyan nagysikerű műveket alkotott, mint Az obsitos (1910), A bajadér (1922), a Marica grófnő (1924), A cirkuszhercegnő (1926), A montmartre-i ibolya (1935). A legsikeresebb azonban kétségtelenül a Csárdáskirálynő (1915), melyet a bécsi ősbemutató után egyfolytában nyolcszázszor játszottak, és amelyet az első évben harmincezer alkalommal adtak elő a világon.

Bécsben Kálmán megnősült, az orosz-lengyel származású Vera Makinska énekesnőt vette el, aki három gyermeket szült neki. A boldog családi idillnek a fasizmus térnyerése vetett véget, Kálmánnak 1940-ben Amerikába kellett emigrálnia. 1945-től Párizsban élt, itt halt meg 1953. október 30-án. Kívánságára Bécsben temették el. Halála előtt megkapta a francia Becsületrend Tiszti Keresztjét, de utolsó operettje, az Arizona Lady premierjét már nem érhette meg.

Siófok híven ápolja neves szülötte emlékét. Halálának 40. évfordulóján Kálmán Imrét posztumusz a város díszpolgárává választották, egykori szülőháza ma múzeum. A Millennium park zenepavilonjában áll a komponista Varga Imre szobrászművész által készített szobra, s nyaranta nagy sikerrel játsszák Kálmán operettjeit, német nyelven is. Életéről 1984-ben Az élet muzsikája címmel készült film, Huszti Péterrel a főszerepben. 2002 óta Kálmán Imre születésnapja, október 24. (amely Lehár Ferenc elhalálozásának napja is) a Magyar Operett Napja, amikor díjakat adnak át a műfaj kiválóságainak.