غلامحسین بنان ۱۵ اردیبهشت ۱۲۹۰ خورشیدی در تهران متولد شد. پدرش کریم‌خان بنان الدوله نوری و مادرش دختر شاهزاده رکن‌الدوله برادر ناصرالدین‌شاه بود.

وی از ۶ سالگی به خوانندگی و نوازندگی ارگ و پیانو پرداخت و در این راه از راهنمایی‌های مادرش که پیانو را خوب می‌نواخت، بهره گرفت. اولین استاد او پدرش ،دومین استاد، مرحوم میرزا طاهر ضیا ذاکرین رثایی و سومین استادش مرحوم ناصر سیف بود.

غلامحسین فعالیت حرفه‌ای را در ۱۳۰۶ خورشیدی آغاز کرد و فقط در جلسات خصوصی و در حضور دوستان و آشنایان به صورت حرفه‌ای آواز می‌خواند.

او از اواخر شهریور ۱۳۲۱ وارد رادیو شد و با همکاری هنرمندانی چون روح‌الله خالقی صدایش را از طریق رادیو تهران به گوش مردم رساند و دیری نگذشت که نام بنان زبانزد همه شد.

غلامحسین بنان توسط زنده ‌یاد روح‌الله خالقی به ارکستر انجمن موسیقی دعوت شد و از طرفی بنان با ارکستر شماره یک نیز همکاری داشت و از بدو شروع برنامه گلها‌ی رنگارنگ به دعوت استاد داود پیرنیا، با آن برنامه همکاری داشت. بنان در طول فعالیت هنری خود ، حدود ۳۵۰ آهنگ را اجرا کرد و زیر و بم‌ها و تحریرهای صدای او مخصوص به خودش است.

بنان نه تنها در آواز قدیمی و کلاسیک ایران استاد بود، بلکه در نغمه‌های جدید و مدرن ایران نیز تسلط داشت، تصنیف زیبای الهه ناز او بهترین معرف این ادعا است. استعداد او در مرکب خوانی و تلفیق شعر و موسیقی بارها ستایش موسیقی‌دانان معاصرش را برانگیخته است.

بنان در سال ۱۳۳۲ به پیشنهاد روح‌الله خالقی به اداره کل هنرهای زیبای کشور منتقل شد و به‌عنوان استاد آواز هنرستان موسیقی ملی مشغول به کار شد و در سال ۱۳۳۴ رئیس شورای موسیقی رادیو شد. او از ابتدا در برنامه‌های گل‌های جاویدان ، گل‌های رنگارنگ و برگ سبز شرکت داشت و برنامه‌های متعدد و گوناگون دیگری از این خواننده به‌جا مانده است.

استادان تراز اول موسیقی سنتی چون روح‌الله خالقی، ابوالحسن صبا، مرتضی محجوبی، احمد عبادی، حسین تهرانی، علی تجویدی، و… با بنان همکاری داشته‌اند.

غلامحسین بنان در ۲۷ دی ۱۳۳۶ خورشیدی با اتومبیل شخصی به همراه ۲ نفر از دوستانش در جاده کرج مشغول رانندگی و در راه بازگشت به منزل بود که ناگهان در حوالی کاروانسرای سنگی یک تانکر نفت‌کش فاقد چراغ ایمنی عقب و پوشیده از گل‌ولای در مقابلش ظاهر می‌شود و تصادف شدیدی میان دو ماشین رخ می‌دهد و بنان از ناحیه صورت و چشم‌ها آسیب می‌بیند.

بنان پس از این حادثه برای معالجه به خارج از کشور سفر کرد و بعد از برگشت از این سفر تصمیم گرفت در مواضع هنری خود بازنگری کند. او گفت: من از این پس کوشش می‌کنم آثاری اجرا کنم که واجد وزنی شاد و شعری امیدوار کننده است. من جداً از ادامه شیوه قدیم که شباهت به مرثیه‌خوانی دارد خسته شده‌ام، البته در این زمینه سازندگان آهنگ باید با من یاری و همکاری کنند.

وی در این سانحه چشم راست خود را از دست داد و به همین خاطر همیشه از عینک دودی استفاده می‌کرد.

از ماندگارترین ترانه‌های بنان می‌توان به آهنگ آذربایجان در مایه شور، آمدی جانم به قربانت در مایه بوسلیک، الهه ناز در مایه دشتی، بهار دل‌نشین در آواز اصفهان، بوی جوی مولیان در آواز اصفهان، تصنیف توشه عمر در دستگاه همایون، یار رمیده، میناب، خاموش، مرا عاشقی شیدا، من از روز ازل، نوای نی و سرود همیشه جاوید ای ایران در مایه دشتی و گریه کن اشاره کرد.

به گفته همسرش، بنان بهترین آثار خود را حالا چرا و کاروان می‌دانست و می‌گفت: کاروان را برای بعد از مرگم خوانده‌ام. اواخر عمر هم دل‌بستگی عجیبی به ترانه رؤیای هستی پیداکرده بود تا آنجا که با این آهنگ می‌گریست.

غلامحسین بنان در ساعت ۱۸:۴۵ غروب هشتم اسفندماه ۱۳۶۴، پس از اذان مغرب در بیمارستان ایران مهر تهران درگذشت و برخلاف وصیتش که مایل بود در گورستان ظهیرالدوله به خاک سپرده شود، در امام‌زاده طاهر کرج به خاک سپرده شد.