1974 yılında babasının vazifesi dolayısıyla bulunduğu Şanlıurfa’nın Suruç ilçesi Ziyaret köyünde dünyaya geldi. İlkokul, ortaokul ve lise eğitimini memleketi Antalya’da tamamladı.

İstanbul Teknik Üniversitesi Çevre Mühendisliği Bölümünde 1990 yılında başladığı lisans eğitimini, 1995 yılında bölüm ikincisi olarak bitirdi. Aynı bölümde, 1997 yılında yüksek lisans ve 2002 yılında doktora eğitimini tamamladı. 2004 yılında doçent ve 2010 yılında profesör oldu. Halen, İstanbul Teknik Üniversitesi Çevre Mühendisliği Bölümünde profesör olarak görev yapmaktadır. Ayrıca, 2019 yılından bu yana, Michigan Devlet Üniversitesi (ABD) İnşaat ve Çevre Mühendisliği Bölümü kadrosunda misafir profesör olarak ders vermektedir.

2002-2003 yıllarında TÜBİTAK NATO B1 bursu kapsamında ABD'nin önde gelen üniversitelerinden olan Rice Üniversitesi İnşaat ve Çevre Mühendisliği Bölümünde doktora sonrası çalışmalarını tamamladı. Daha sonra, 2003 yılında iki ay süre ile Leuven Üniversitesi (Belçika) ve 2004 yılında tekrar, Rice Üniversitesi (ABD)’nde bir yıl süre ile misafir araştırmacı olarak birçok projede görev aldı. İTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü Müdürlüğü (2012-2018), İTÜ Yönetim Kurulu Üyeliği (2012-2016), İTÜ Senato Üyeliği (2012-2018), İTÜ İnşaat Fakültesi Yönetim Kurulu Üyeliği (2015-2018) ve İTÜ Çevre Mühendisliği Bölümü Komisyon Üyeliği gibi birçok akademik ve idari görevlerde bulundu.

Prof. Dr. İsmail Koyuncu, Türkiye Bilimler Akademisi (TÜBA) üyesidir. 2019 yılında Asya Bilimler Akademisi İklim Değişikliği ve Sağlık Komitesine ve 2011 yılında Uluslararası Su Birliği (International Water Association - IWA) Membran Teknolojileri Grubu Yönetim Kuruluna üye olarak seçildi. Bu görevleri halen devam etmektedir. 2016 yılından bu yana Üniversitelerarası Kurul Doçentlik Komisyonu üyesidir. TÜBİTAK bünyesinde, TÜBİTAK Teknoloji ve Yenilik Destek Programları Başkanlığı (TEYDEB) Biyotek Grubu Yürütme Kurulu Üyeliği (2015-2017) ve TÜBİTAK Marmara Araştırma Merkezi (MAM) Çevre ve Temiz Üretim Enstitüsü Danışmanlığı (2014-2017) görevlerinde bulundu. Birçok kamu ve özel kuruluşa alanı ile ilgili konularda danışmanlık yaparak, uygulamalı birçok mühendislik projesinin bilfiil içerisinde görev aldı. Çevre ve Orman Bakanlığı, Orman ve Su İşleri Bakanlığı, Türkiye Belediyeler Birliği (TBB), Türkiye Petrolleri Anonim Ortaklığı (TPAO), Etimaden Genel Müdürlüğü, Türkiye Su Enstitüsü ve birçok su ve kanal idaresi bünyesinde altyapı, atık yönetimi ve geri kazanım gibi konularda eğitimler verdi ve projeler yürüttü. İslam İşbirliği Teşkilatı İslam Ülkeleri İstatistik, Ekonomik ve Sosyal Araştırma ve Eğitim Merkezi (SESRIC) bünyesinde, çevre ve altyapı mühendisliği alanında eğitimler verdi. Bunlardan en önemlisi, Filistin-Ramallah’ta gerçekleştirilen ve Filistin Su Birliği mühendislerine verilen su geri kazanımı konulu tasarım ve proje eğitimleridir. Sosyal sorumluluk faaliyetleri kapsamında Çevre Vakfı Yönetim Kurulu Üyeliği ve Başkanlığı ile Mütevelli Heyeti Üyeliği ve Başkanlığı görevlerini yürüttü. Halen Vakfın Mütevelli Heyeti Başkanıdır. Kendisine, YÖK 2019 Üstün Başarı Ödülü (Fen ve Mühendislik Bilimleri Yılın Doktora Tezi Ödülü Tez Danışmanlığı), 2008 yılı Mühendislik Alanı TÜBİTAK Teşvik Ödülü, 2009 yılı Uluslararası Ekonomik İşbirliği Organizasyonu Uluslararası ödülü (ECO- Economic Cooperation Organization), İstanbul Sanayi Odası Çevre Ödülleri kapsamında 2018 Yılı Kurum/Kuruluş Kategorisi Birincilik Ödülü ve 2001 yılında yayınladığı makalelerden dolayı İstanbul Teknik Üniversitesi Özel Ödülü layık görüldü.

Yabancı dil olarak İngilizcesi çok iyi seviyede olup akıcı iletişim becerisine sahiptir. Evli olup, 1’i kız ve 2’si erkek olmak üzere üç çocuk babasıdır.