Im Jahre 1913, noch mitten in ihrer Ausbildung stehend, engagierte sie sich auch aktiv für Frauenrechte als Mitglied eines Künstlerinnenkomitees. 1915 unterzeichneten Ilse Bernheimer und ihre Mutter Hermine den Aufruf zum Frieden internationaler Frauen.

Nach ihrem Abschluss folgten weitere Praxis- und Lehrjahre. 1919 reiste sie nach Zürich, wo sie in der Lithografenwerkstätte Wolfensberg beschäftigt war. Danach ging sie nach Paris. Dort lernte sie den Maler Henri Manguin kennen, mit dem sie zwei Jahre, bis 1925, in St. Tropez lebte. In dieser künstlerischen Phase, umgeben von zahlreichen Künstlerpersönlichkeiten, u.a. wurde sie mit Henri Matisse bekannt, wendete sie sich wieder dem Gegenständlichen zu.

Zurück in Wien betätigte sich die Künstlerin für ein Jahr als Lehrerin an der Wiener Kunstschule für Frauen und Mädchen (auch Wiener Frauenakademie). Sie wurde aber bald entlassen, da sie angeblich „ihre Schülerinnen zu viel mit dem französischen Impressionismus vertraut gemacht habe“. Die Malerin hatte Oskar Strnad, den sie bis dahin nicht persönlich kannte, zu einer Ausstellung ihrer Schülerinnen der Frauenakademie eingeladen. Als Strnad kam, war Ilse Bernheimer sehr rasch fasziniert von seiner Persönlichkeit und ersuchte seine Assistentin werden zu können. So war sie von 1926-27 die Privat-Assistentin des von ihr hoch verehrten Oskar Strnad war. Strnad unterrichtete die Architekturklasse an der Kunstgewerbeschule und dabei auch Studierende der Bühnenbildgestaltung. Ilse Bernheimer fertigte für den Unterricht Strnads szenografische Entwürfe an. 1930 richtete sie einen privaten Vorbereitungskurs für Schülerinnen des Mode-Ateliers von Eduard Wimmer-Wisgrill an der Kunstgewerbeschule aus.

Die Beteiligung an der Wiener Werkbundsiedlung 1932 mit der Einrichtung des Hauses Brenner, dürfte sie der Vermittlung durch Oskar Strand zu verdanken haben.

In den Jahren bis zu ihrer Emigration sind Aufenthalte in Umbrien und Rom (1936) bekannt. 

1938 emigrierte sie mit ihren Eltern nach Italien, um der rassistischen Verfolgung durch das NS-Regime zu entgehen. 1940 lebte Ilse Bernheimer mit ihrer Familie in Triest, danach in Porteole in der Provinz Udine. Die Familie war wohl eher begütert und konnte das Leben in den schwierigen Kriegsjahren ermöglichen. 1943-1946 hielt sie sich in Rom auf, anschließend wahrscheinlich bei Verwandten in Friaul.

Ab 1950 war Ilse Bernheimers ständiger Wohnsitz in Venedig, 1952 nahm sie erneut eine Lehrtätigkeit an, sie unterrichtete an der Schule für Glasarbeit in Murano. Das Leben war jedoch nicht so leicht, so stellte sie 1957 aus Venedig einen Antrag an den Fond zur Hilfeleistung politisch Verfolgter in Österreich, von dem sie auch 1958 eine Auszahlung erhielt.

Sie nahm ihre künstlerische Tätigkeit wieder auf und brachte es durchaus zu Ausstellungserfolgen in Italien und Österreich. Beispiele dazu sind: 1970 Ausstellung im Österreichischen Kulturinstitut in Rom, 1982 zeigte die Hochschule für angewandte Kunst Wien Arbeiten ihrer ehemaligen Schülerin. 

Ilse Bernheimer wohnte in Venedig auf der Insel Guidecca in einer Wohnung im letzten Stock des Hauses Casa dei Tre Oci. Das Haus wurde nach einer Sanierung 2012 zu einem Kulturinstitut und Raum für Kunstausstellungen mit Schwerpunkt Fotografie.

Die Künstlerin arbeitete noch bis ins hohe Alter täglich und starb schließlich am 28. Februar 1985 im Alter von 93 Jahren. Ilse Bernheimer wurde am Friedhof S. Michele in Venedig begraben.