Ilves on lihansyöjä eli se syö lihaa. Se metsästää tyypillisesti pieniä nisäkkäitä, kuten jäniksiä, kaneja ja jyrsijöitä. Ilves syö myös lintuja ja kalaa.
Saalistaakseen saaliinsa ilves käyttää teräviä kynsiä ja hampaita väijyttääkseen uhrinsa. Se odottaa usein piilossa, kuten puussa tai pensaassa, ja törmää sitten saaliinsa kimppuun, kun se tulee lähelle. Ilvekset ovat myös erittäin ketteriä ja voivat kiivetä puihin lintujen tai oravien kiinni saamiseksi.
Kun ilves on saanut saaliinsa, se yleensä syö sen kokonaisena. Se voi tallentaa tai piilottaa osan ruoastaan myöhempää käyttöä varten.