Năm 1936, mụ bắt đầu làm người bảo vệ và thư ký tại trại tập trung Sachsenhausen gần Berlin và dưới sự chỉ huy của vị hôn phu của mụ, họ đã kết hôn ngay trong năm đó. Năm 1937, mụ đã đến Buchenwald khi chồng mụ đã được phân đến thực hiện nhiệm vụ chỉ huy tại đây.[9]

Năm 1940, mụ xây dựng một đấu trường thể thao trong nhà tại trại tập trung này có giá hơn 250.000 Reichsmark, hầu hết số tiền đó người ta tin rằng đôi vợ chồng họ đã trấn lột từ các tù nhân. Năm 1941, mụ đã trở thành Oberaufseherin (nữ trưởng cai) là một trong vài các nữ vệ sĩ phục vụ tại trại. Năm 1941, Karl Otto Koch đã được chuyển tới Lublin, nơi hắn đã thành lập trại tập trung và hủy diệt Majdanek. Ilse Koch vẫn ở Buchenwald cho đến ngày 24 tháng 8 năm 1943, khi mụ và chồng mụ bị bắt giữ theo lệnh của Josias von Waldeck-Pyrmont, SS và Police Leader tới Weimar, người có thẩm quyền giám sát cấp cao ở Buchenwald. Các cáo buộc đối với vợ chồng Koch bao gồm biển thủ, tham ô, và giết hại các tù nhân để ngăn cản họ đứng ra làm chứng.[10]

Ilse Koch đã bị nhốt tù cho đến năm 1944 cho đến khi mụ được tha bổng vì thiếu bằng chứng, nhưng chồng mụ đã bị kết tội và kết án tử hình bởi Tòa án quân sự Đức tại Munich, và thi hành án tại Buchenwald vào tháng 4 năm 1945. Mụ đã đến sống với gia đình của mình tại thị trấn Ludwigsburg, nơi mụ đã bị bắt giữ bởi Quân đội Mỹ vào ngày 30 tháng 6 năm 1945.