Heikinheimon vanhemmat olivat ylimetsänhoitaja Johan Henrik Heikel (1843–1917) ja tämän toinen puoliso Sally Armida Thauvón. Hänen veljensä oli jääkärikenraalimajuri Aarne Heikinheimo.[1] Ilmari Heikinheimo pääsi ylioppilaaksi 1910 ja valmistui filosofian kandidaatiksi 1914, maisteriksi 1923 ja lisensiaatiksi 1933. Hän väitteli tohtoriksi vuonna 1934 tutkielmalla, joka käsitteli K. A. Gottlundia.[2][3]
Auringossa: Nuoren väen kesäkirja. Kirjoittaneet Valtteri Santala ja Ilmari Heikinheimo. Edistysseurojen kustannus, Helsinki 1921.
Piirteitä Gottlundin Otavan syntyhistoriasta. Suomalaisen Kirjallisuuden Seura, Helsinki 1930.
Yötä ja aamua: Piirteitä suomalaisuuden historiasta. Porvoo 1932.
Kaarle Aksel Gottlund: Elämä ja toiminta 1: Ensimmäinen työkausi. Väitöskirja. Porvoo 1933.
Radio tekijänä maamme henkisessä elämässä. Eripainos Valvoja-Aika n:o 3, 1942. Helsinki 1942.
K. Merikoski: Voimia ja vastavoimia. Elämäkerrallisen johdannon kirjoittanut Ilmari Heikinheimo. Valistus 1953.
Historian opetus. Jyväskylän kasvatusopillisen korkeakoulun opetusoppeja 3. WSOY 1955.
Suomen elämäkerrasto: 2584 Suomen historian merkkihenkilöä elämäkerroin ja kuvin. Toimittanut ja kirjoittanut Ilmari Heikinheimo. WSOY 1955.
Auroin, miekoin, miettehin: Kansakoulun historian oppikirja. Kirjoittaneet Lauri Santamäki ja Ilmari Heikinheimo, piirrokset Aarne Nopsanen. WSOY 1963. (5. painos 1972.)
Suomennoksia
Ludvig Nordström: Päivä elämää: Hieman arkipäivän demokratiaa. (Alkuteos En dag av mitt liv.) Tammi 1943.
Åse Gruda Skard: Lapsia arkielämässä. (Alkuteos Barn i vardagslivet.) Ruotsinkielisestä painoksesta suomentaneet Toini ja Ilmari Heikinheimo. Tammi 1945. (2. painos 1951.)