Родился в 1217. Третий сын Толуя и Сорхахтани, внук Чингисхана, брат Мункэ и Хубилая, ставших впоследствии каганами Монгольской империи.

Хулагу возглавил поход монголов на Ближний Восток и завершил монгольское завоевание Ирана, Ирака и сопредельных стран. В 1256 он разгромил государство исмаилитов в Иране, в 1258 — халифат Аббасидов. В 1259-1260 воевал с Айюбидами в Сирии. В 1261 Хубилай признал Хулагу правителем всех завоёванных территорий с титулом ильхана, то есть хана части государства.

В 1262 против Хулагу выступил его двоюродный брат Берке, правитель Улуса Джучи. Идеологическим обоснованием войны была месть правоверного Берке за казнённого по приказу Хулагу аббасидского халифа аль-Мустасима, однако причины конфликта лежали глубже. Джучиды претендовали на закавказские территории (Арран и Азербайджан), обосновывая свои претензии завещанием Чингисхана. На деле власть в Закавказье до середины 1250-х принадлежала наместникам великого хана — Чормагану, а с 1243 — Байджу, который противодействовал настойчивым попыткам Бату проводить свою политику в Южном Азербайджане и Малой Азии.

Бату по приказу великого хана Мункэ отправил к Хулагу около трёх туменов войска под началом Балакана, Тутара и Кули. Позже эти войска принимали участие и во взятии Багдада, и правоверный Берке, ставший к тому времени правителем, не выразил явного неудовольствия по этому поводу. Лишь после того, как Хулагу отказался отдать джучидам Закавказье и Южный Азербайджан в качестве доли завоеваний, вражда между двоюродными братьями усилилась. В придачу к этому в начале 1260 в ставке Хулагу был казнён Балакан (правда, его судили с санкции Берке). Кроме того внезапно скончались Тутар и Кули и у Берке возникли подозрения, что их отравили. Он приказал своим войскам возвращаться в Дешт-и-Кыпчак, а если не удастся — отходить в мамлюкский Египет.

Когда августе 1262 через Дербент в Ширван вторглось 30-тыс. конное войско под командованием беклярбека Ногая, из Аладага выступила хулагуидская армия. Её авангард под командованием Ширемун-нойона спустя два месяца столкнулся с Ногаем у Шемахи и потерпел поражение. Но 14 ноября, когда к месту боевых действий подтянулись силы Абатай-нойона, джучидская армия была разгромлена у Шаберана и Ногай бежал. Утром 8 декабря всё хулагуидское войско подошло к Дербенту. Сражение длилось весь день, и ордынцы в итоге отступили, оставив крепость.Ширемун и Абатай, соединившись с Абагой, сыном Хулагу, перешли Терек и захватили лагерь и обозы войск Ногая.

Берке организовал контрнаступление, и 13.01.1263 на берегу Терека состоялась битва. Хулагуидская армия потерпела поражение, причём множество воинов при отступлении провалилось сквозь тонкий лёд реки. Потери с обеих сторон были так велики, что Берке якобы воскликнул: "Да посрамит Аллах Халавуна этого, погубившего монголов мечами монголов. Если бы мы действовали сообща, то мы покорили бы всю землю."

Войско Берке, пройдя за Дербент, вскоре отступило обратно на север. В то же время, Хулагу, вернувшись в свою столицу Тебриз, занялся приготовлениями к продолжению войны. Среди прочего, он приказал казнить всех ордынских купцов-уртаков, занимавшихся в Тебризе торговыми операциями, а их имущество конфисковать. Берке ответил казнью персидских купцов, торговавших в его владениях.

В январе 1265 Хулагу заболел, и китайские лекари не смогли помочь ему. Ильхан скончался 8.02.1265 в местности на берегу реки Джагату.

Сомнительно, чтобы Хулагу питал стремление принять христианство, но его симпатии к христианам, по крайней мере к некоторым, очевидны: несторианами были старшая жена Хулагу Докуз-хатун и лучший полководец Китбуга. Известно, однако, что вопреки желанию Докуз в последние годы Хулагу интересовался буддийскими верованиями.

У Хулагу было четырнадцать сыновей и семь дочерей. Его сын Абага после смерти отца наследовал власть.