Yıldırım, babasının öğretmenlik görevi nedeniyle bulunduğu Konya'da doğdu. Annesi ve babası aslen Mardinli'dir, Yıldız Teknik Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümü'nden sekizinci senesinde mezun oldu.
Tiyatro ve müziğe ilgi duyan Yıldırım, Yıldız Teknik Üniversitesi Oyuncuları'na (YÜO) katıldı ve 3 yıl amatör olarak tiyatroda oynadı. YÜO'daki arkadaşları aracılığıyla televizyon dünyasına giren Yıldırım'ın televizyonla ilk tanışmasını sağlayan, 2003 yılında “Ölümsüz Aşk” dizisinin bir bölümünde küçük bir rol alması oldu. Fakat dizi yalnızca 11 bölüm sürdü.
2004 yılında Bütün Çocuklarım dizisinde "Mesut" karakterini canlandıran Yıldırım, oyunculuğa Büyük Yalan dizisi ile devam etti. 2006 yılında ilk uzun soluklu çalışması olan Fırtına dizisinde başrol oynayarak ün kazandı. Aynı yıl sinemada Altın Portakal ödülüne aday olan Araf filmi ile ilk kez başrol oynadı. Başrolünü paylaştığı Tuba Büyüküstün ile Asi dizisinde "Demir" karakteri ile ününü perçinledi. Demir, 25 sene sonra, varlıklı biri olarak Antakya'ya geri dönen ve buradan toprak alan bir gençtir. Demir ve Asi arasında geçen gurur yüklü aşk ise dizinin konusunu oluşturmaktadır.
2009 yılında ise Asi dizisi sona erdikten sonra TMC yapım şirketi ile Aşk ve Ceza adlı dizi için anlaşma imzalayan Yıldırım, dizide başrolü oynadı. 2012'de Tims Productions'ın yapımcılığını üstlendiği Show TV'de yayınlanan Suskunlar'da Ecevit karakterini canlandırmaktadır. Dizide çocuk yaşta başlarından geçen bir kaza sonucunda girdikleri çocuk hapishanesinde yaşadıkları kötü olayların ardından suskun kalmayı seçen dört çocuğun büyüdükten ve ayrı yollarda ilerledikten sonra bir gün intikam almak için bir araya gelmeleri anlatılır. Bir süre Kim Milyoner Olmak İster adlı yarışma programını sundu.
20 Haziran 2008'de Fırtına dizisinin setinde tanıştığı Burçin Terzioğlu ile evlendi. Ancak ünlü oyuncuyla yaptığı evlilik, 2014 yılının Haziran ayında sona erdi. 2016'da Faslı İman Elbani ile evlendi.