Hallström, som var son till en syssling till biskop Carl Hallström, undervisades i pianospel av professor Edmund Passy och den tyske pianisten Stein. Samtidigt bedrev han andra studier och tog 1844 studentexamen, varefter han började studera vid Uppsala universitet och avlade 1849hovrättsexamen. I Uppsala lärde han känna prins Gustaf och deltog i dennes musikaliska övningar. Hans första komposition kom att bli en duett till sångspelet Hvita frun på Drottningholm1847. År 1852 avbröt han sin tjänstemannakarriär, för att helt ägna sig åt komposition och undervisning. Efter prins Gustafs död blev han 1853 bibliotekarie hos Prins Oscar, bosatte sig samma år i huvudstaden och verkade som pianolärare. Han började utge sånghäften, som blev populära och fick god kritik. 1861-72 förestod han det musikinstitut, som förut innehafts av Adolf Fredrik Lindblad.
Han lärde sig mycket om harmonik, instrumentation och vokallinje genom att skriva av flera tonsättares verk. Hallström lyckades bäst i enkla visor vid pianot, ett instrument som han behärskade väl och även i operetter, såsom Den förtrollade katten (1869), Mjölnarvargen (1871), Silverringen (1880), Jaguarita (1884), Aristoteles (1886) och sagospelet Per Svinaherde (1887).
Hans bestående berömmelse beror främst på att han var den förste, som med någon sanning, kan sägas ha skapat en svensk nationalopera. Hertig Magnus och sjöjungfrun (1867) är den första verkliga operan med både svenskt ämne och svensk musikalisk grundfärg och hans huvudarbete, Den bergtagna (1874), var länge det förnämsta svenska arbetet av denna art. Operan utmärker sig i synnerhet för ett lyckligt stämnings- och situationsmåleri. Den har spelats även i Köpenhamn, München och Hamburg.
Hallströms bidrag till svensk baletthistoria har omvärderats. Tillsammans med Conrad Nordqvist och Theodor Marckhl var han den förste svenske kompositör som ägnade sig åt balett som självständig konstform.
Hallström satte även musik till Frans HedbergsStolts Elisif (1870) och flera andra pjäser, samt skrev flera kantatverk. Han gav ut ett 70-tal visor (varav många är otryckta) och åtskilliga duetter.
1990 Uppsättningen från 1988 spelades ytterligare ett år och spelades också in för tv.
Vadstena-Akademien satte upp Liten Karin 1997 som också sändes i tv. Operan fick då äntligen sin premiär.
2000 Vadstena-Akademien gjorde en nyuppsättning med Hertig Magnus och sjöjungfrun
2001 Hertig Magnus och Sjöjungfrun gavs ut på cd av skivbolaget Naxos i en nyinspelning med bland andra Norrköpings Symfoniorkester under ledning av Niklas Willén.
2001 Skivbolaget Sterling gav ut en cd med musik ur baletterna Ett äventyr i Skottland och En dröm.
Liten Karin (1897) - Sånger ur operan "Liten Karin". Stockholm: Abr. Lundquist. 1898. Libris12326091
Operetter och sångspel
Den förtrollade katten : sagospel med sång i 3 akter. Opera repertoire, 99-1618791-6 ; 53. Stockholm: Bonnier. 1869. Libris1583387
Mjölnarvargen Le diable au moulin : operett i 1 akt. Stockholm: Abr. Lundquist. 1871. Libris11212004
Rolf Krake impromtu-operett i 2 akter på fria vers. Stockholm: Julius Bagge. 1880. Libris2885859
Silfverringen (1880)
Aristoteles : komisk operett i en akt / öfvers. Musiken af Ivar Hallström. Uppförd å Svenska teatern i Helsingfors för första gången den 22 februari 1888. Hfors. 1888. Libris2991618
Shakespeare, William (1854). Köpmannen i Venedig : skådespel i fem akter / från engelska originalet försvenskadt och för scenen behandladt af Nils Arfwidsson. Stockholm: Beckman. Libris11884643
Hedberg, Frans (1870). Stolts Elisif : skådespel i 5 handlingar. Svenska teatern, 99-1250025-3 ; 189. Stockholm: Bonnier. Libris1585493
Ett svenskt minne, folkskådespel i 3 akter (1895)
Körverk
Blommornas undran (1860)
Herr Hjalmar och skön Ingrid (omkring 1865)
Des Sängers Fluch (1871)
Uppsala minne, kantat (1878)
Das Sonnenkind (1884)
Festkantat 1897
Kantat vid invigningen af Kungl. Teatern 1898
Sfinxen (1898)
Skivinspelningar i urval
Den bergtagna. Sterling : CDO-1001/2-2. Stockholm : Sterling, p 1998
Gademan, Göran (1996). ”En nationalopera väcks ur glömskan : Den bergtagna på Norrlandsoperan 1996”. Svenska teaterhändelser 1946-1996 / Lena Hammergren, Karin Helander, Willmar Sauter (red) (Stockholm : Natur och kultur, 1996): sid. 232-255.Libris2231966
Lagerbielke, Lina (1908). Svenska tonsättare under nittonde århundradet. Stockholm: Wahlström & Widstrand. sid. 73-77. Libris8222357