Исмаил Байрамов родился в 1900 году в селе Долиновка Ставропольской губернии (ныне Новоселицкого района Ставропольского края) в семье крестьянина. По национальности — азербайджанец. Окончив неполную среднюю школу, он работал пастухом, бригадиром, а с 1939 года — председателем колхоза в родном селе.
В 1944 году ушёл на фронт, тогда же вступил в ВКП(б). В начале 1945 года советские войска вели бои с немецко-фашистскими войсками в Восточной Пруссии. 10 февраля 1945 года развернулись ожесточённые бои за станцию Ноймаркт (ныне город Сьрода-Слёнска в Польше). Не успев занять и укрепиться на станции, немецкие войска перешли в контратаку. Первая и вторая атаки немецких войск были отбиты, после чего противник отступил, начав миномётный обстрел позиций советских солдат. Ориентируясь по звуку и вспышкам, Байрамов с группой бойцов под покровом темноты сумел подобраться к установленным в лесу миномётам противника и уничтожить их гранатами.
Спустя время гитлеровцы предприняли третью атаку на позиции советских войск. В критический момент боя Байрамов поднялся в рукопашную и с криком «Коммунисты, вперёд за Родину!» возглавил контратаку. В рукопашной схватке он уничтожил огнём из автомата и штыком более десятка гитлеровцев, а затем с двумя бойцами уничтожил станковый пулемёт противника, обеспечив продвижение вперёд стрелковым подразделениям батальона. Под руководством Байрамова бойцы отразили ещё две атаки немцев. Дважды раненый Исмаил Байрамов оказался в окружении и, не желая попасть в плен, гранатой подорвал себя и окруживших его фашистов. Героя похоронили недалеко от города Сьрода-Слёнска.
Указом Президиума Верховного Совета СССР от 10 апреля 1945 года старшина Байрамов Исмаил Халил оглу удостоен звания Героя Советского Союза (посмертно).
Награждён орденом Ленина.
Бюст Героя Советского Союза И.Х. Байрамова установлен в родном селе, где его имя носит улица и носила пионерская дружина школы № 7.