3 yaşında Almanya’da futbola başlayan İlkay Gündoğan Şampiyonlar Ligi Finalinde gol atan ilk Türk olarak tarihe geçti.
24 Ekim 1990, Gelsenkirchen’de doğan orta saha oyuncusu olan Gündoğan, Borussia Dortmund takımında forma giymektedir. Balıkesir’in Dursunbey ilçesinden Almanya’nın Gelsenkirchen kentine işçi ailesi olarak gelen bir ailenin çocuğu olarak dünya gelmiştir. Milli voleybolcu Naz Aydemir ile kuzendir.
Gündoğan 3 yaşında doğduğu şehrin takımı SV Gelsenkirchen-Hessler 06’in altyapısında forma giymeye başladı. 1998’de FC Schalke 04’ün altyapısına geçti, bir sezon orada geçirdikten sonra eski takımına geri döndü. 2004-05 arasında SSV Buer takımının altyapısında oynayan Gündoğan, 2005’te uzun süre formasını giyeceği VfL Bochum takımına geçti.
2008 yılına kadar çeşitli altyapı seviyelerinde oynayan Gündoğan, 2007-08 sezonunda Bochum’un U-19 takımında oynadı. Takım, U-19 batı ligini beşinci sırada tamamladı. Gündoğan, 26 maçın 24’ünde oynadı ve 14 gol ile etkili bir performans gösterdi. Sezon ortalarında 5 maçta arka arkaya gol atma başarısını yakaladı. Sonraki sezon da U-19 takımında sezona başladı ve ilk 12 maçta 10 gol attı. Rot Weiss Ahlen U-19’a karşı oynanan maçta hat trick yaptı. Bu başarı ile ilk yarının ortasında VfL Bochum II takımına yükseldi. Almanya 4. Ligi olan Regionalliga West’te 2 maça çıktı. Bu maçların birinde gol de attı.
2008-09 sezonun ikinci yarısında 2. Bundesliga takımı 1. FC Nürnberg takımına transfer oldu. Gündoğan’ın yalnızca bir maçta oynadığı ligde üçüncü olan Nürnberg, play-off’larda Energie Cottbus’u iki maçta da yenerek Bundesliga’ya yükseldi. 2009-10 sezonunun ilk maçı olan Almanya Kupası maçında Dinamo Dresden’e bir gol attı. Bundesliga’da ilk maçına 8 Ağustos 2009’da FC Schalke 04 karşısında çıktı. İlk haftalarda forma giyen Gündoğan, daha sonra formayı kaptırsa da ligin ikinci yarısı takımın değişmez isimlerinden oldu. Ligdeki ilk golünü FC Bayern Münih’e attı. Gündoğan’ın golüyle Nürnberg, maçta 1-1 beraberliği sağladı. Nürnberg, lig 16.sı oldu ve geçen sezonki gibi yine play-off oynadı. İki maçta da oynayan Gündoğan, ikinci maçta bir de gol attı ve Nürnberg’in FC Augsburg’u iki maçta da yenmesine yardım etti.
2010-11 sezonunda Nürnberg’in ilk 11’indeki yerini koruyan Gündoğan, ilk 10 maçın 9’unda forma giydi ve bu maçların hepsinde ilk 11’de başladı. 9. hafta maçında VfL Wolfsburg’a ilk golü attı. Maç 1-1 olduktan sonra ise Nürnberg’e galibiyeti getiren golün asistini yaptı. Bir sonraki hafta ise SV Werder Bremen deplasmanında alınan 3-2’lik galibiyette iki gol kaydetti.
2011-12 sezonunda Real Madrid’e transfer olan Nuri Şahin’in yerine önceki sezonun Almanya şampiyonu Borussia Dortmund’a 4 milyon avro karşılığında transfer oldu. 23 Temmuz 2011’de FC Schalke 04 ile oynanan Süper Kupa ile ilk resmi maçına çıktı. 90 dakika forma giyen futbolcu, doğrudan penaltılara gidilen maçta takımının ilk penaltısını gole çevirdi ancak 3-4 yenilerek kupayı kaybettiler. Bir hafta sonra ise Almanya Kupası’nda ilk asistini yaptı.
Ligde ilk 10 hafta forma giyen futbolcu daha sonra ilk 11’deki yerini kaybetse de ara ara kadroya girmeyi sürdürdü. Dortmund’daki ilk golünü ise SC Freiburg’u 4-1 yendikleri maçta kaydetti. Sezon içinde ilk kez Avrupa maçına çıkan futbolcu UEFA Şampiyonlar Ligi’nde 2 maçta forma giyse de grup sonuncusu olarak elendiler.
2013 Şampiyonlar Ligi Finalin’de Bayern Münih’e 2-1 yenilerek elendikleri maçta 1 gol atmıştır.