1936 yılında Adapazarı'nda doğan Yıldırım Gencer, Abhaz-Sadz kökenli olup, Geçba sülalesine mensuptur. Ressam Sezgin Burak ve Ersin Burak kardeşler ile Faruk Geç (Geçoğlu) gibi yakın akrabaları bulunmaktadır.
Babası, Kuzuluk kaplıcaları ve maden sularının sahibiydi. Galatasaray Lisesi Orta Okul bölümünden mezun olan Gencer, 1963 yılında "Elalem Ne Der" filmiyle sinemaya adım attı. İlk film afişini, akrabası olan ressam Faruk Geç çizdi.
Türk sinemasında birçok başrol ve ikinci derece rollerde oynadı. Ayrıca televizyon dizilerinde de yer aldı. Özellikle "kötü adam karakteri" rolleriyle tanınan sanatçı, alçak gönüllülüğü, kendine özgü gösterişli yürüyüşü ve duruşuyla bilinirdi. Sinema ve dizi filmlerinde birçok karakteri canlandırdı.
Yeşilçam'ın ilk fantastik film karakterlerinden biri olan Kilink'i oynadı. 1979'da TRT için çekilen "Yorgun Savaşçı" dizisinde Çerkes Ethem'i canlandırdı, ancak dizi 12 Eylül Darbesi sırasında yakıldı. 10 yıl sonra saklanmış bir negatif bulunarak yeniden düzenlenip yayınlandı.
Yıldırım Gencer, son yıllarını kardeşi Gündüz'ün Kuzuluk'taki evinde geçirdi. Bir filmde yönetmenlik de yapmış olan sanatçı, 69 yaşında geçirdiği kalp rahatsızlığı sonucu hayatını kaybetti ve Kuzuluk mezarlığına defnedildi. Yıldırım Gencer, bir dönem Ülkü Özen ile nişanlıydı, ancak adı Perihan Savaş, Nazan Şoray ve Figen Say gibi isimlerle aşk dedikodularına da karışmıştır.
