پدرش کریمخان بنان الدوله مردی بود خوش‌خط و موسیقیدان از اهالی نور مازندران. مادرش نیز دختر شاهزاده محمد تقی رکنی، برادر ناصر الدین شاه قاجار بود. در خانه بزرگ و قصر مانند پدرش، همه‌گونه وسایل موسیقی وجود داشت و سرگرمی این هشتمین فرزند خانواده‌ی هنرشناس و هنرمند بود.

استاد غلامحسین بنان زاده‌ی ۱۵ اردیبهشت ۱۲۹۰ تهران بود. بنان اگرچه در شش سالگی عملا به فراگیری موسیقی پرداخت و هر روز ساعت‌ها با پیانو تمرین می‌کرد، اما انگار همه‌ی وجودش پر از آواز بود. زیرا هرچه پدر می‌خواند تقلید می‌کرد و گاهی که پدر از سماجت او به ‌ ستوه می‌آمد، فریاد می‌کشید چرا هرچه من می‌خوانم تو مثل طوطی تقلید می‌کنی.

وقتی پدر به استعداد فراوان پسرش پی برد؛ او را برای فراگیری جدی موسیقی ابتدا به خدمت استاد مرتضی نی داوود برد و در ادامه، بنان خوانندگی را از استاد میرزا طاهر ضیاء الدین رضایی و استاد ناصر سیف که از بزرگان زمان خود بودند، فرا گرفت.

بزرگترین حسن استاد بنان در خوانندگی این بود که هرگز هیچ کار تحمیلی را نمی‌پذیرفت و فقط آوازها و تصنیف‌هایی را می‌خواند که اولا خود می‌پسندید و ثانیا با محدوده‌ی فرکانسی صدا و توانایی حنجره‌اش مطابقت داشت.

او از سال‌های ۱۳۲۱ تا دهه‌ی ۱۳۵۰ در زمینه موسیقی ملی ایران فعالیت داشت. از سال ۱۳۲۱ صدایش همراه با عده‌ای از هنرمندان دیگر از رادیو به‌گوش مردم رسید. وی را روح‌اله خالقی در ارکستر انجمن موسیقی شرکت داد و با ارکستر شماره یک نیز همکاری را آغاز کرد و از بدو شروع برنامه «گلهای رنگارنگ» بنا به‌دعوت داود پیرنیا نیز همکاری داشت.

او که در طول فعالیت هنری‌اش، حدود ۳۵۰ آهنگ اجرا کرد. ویژگی صدایش، زیر و بم‌ها و تحریرهای صدای او نشان می‌داد که هم بر آواز قدیمی و کلاسیک ایرانی و هم بر نغمه‌های جدید و مدرن ایرانی تسلط دارد. مانند تصنیف «الهه ناز».

برخی او را بزرگترین اجرا کننده سبک وزیری - خالقی می‌دانند. او همچنین در کنار ادیب خوانساری از اجراکنندگان آثار صبا و محجوبی بود و به مرکب‌خوانی و تلفیق شعر و موسیقی تسلط داشت.

ارکستر رادیو به‌رهبری روح‌اله خالقی، خوانندگی بنان و با شرکت پرویز یاحقی، علی تجویدی، مرتضی محجوبی و ... تشکیل شده بود. در سال ۱۳۳۲ به پیشنهاد روح‌اله خالقی به اداره کل هنرهای زیبای کشور رفت و به‌ سمت استاد آواز هنرستان موسیقی ملی به‌کار مشغول شد و در سال ۱۳۳۴ به‌ریاست شورای موسیقی رادیو رسید. بنان از ابتدا در برنامه‌ گلهای جاویدان و گلهای رنگارنگ و برگ سبز شرکت داشت و برنامه‌های متعدد و گوناگون دیگری نیز از او به‌جای ماند.

در این برنامه‌ها، استادان موسیقی سنتی چون خالقی، صبا، محجوبی، عبادی، تهرانی، تجویدی و... با او همکاری داشتند. بنان نخستین کسی است که لقب صدا مخملی در موسیقی را دارد.

در ۲۷ آذرماه ۱۳۳۶ وقتی بنان با اتومبیل در جاده کرج مشغول رانندگی بود، با کامیونی که فاقد چراغ ایمنی عقب بود، تصادف کرد و در این سانحه چشم راستش را از دست داد و همیشه از عینک دودی استفاده می‌کرد.

پزشکان برای مصون ماندن چشم دیگرش سفر به اروپا و معالجه را تجویز کردند. دولت و اداره کل انتشارات و رادیو مساعدت‌های مالی کردند. همچنین جمع دوستانش کنسرتی ترتیب دادند و موجبات سفرش را فراهم کردند. ره آورد بنان از سفر اروپا، پس از بهبودی و رفع خطر، دگرگونی عقیده در زمینه نحوه سبک ترانه‌های او بود.

از ترانه‌های او می‌توان به آهنگ آذربایجان در دستگاه شور، آمدی جانم به قربانت ولی حالا چرا 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 در دستگاه سه‌گاه، من از روز ازل در دستگاه سه‌گاه، نوای نی در آواز دشتی و سرود ای ایران در مایه دشتی اشاره کرد.

غلامحسین بنان در غروب ۸ اسفندماه ۱۳۶۴ خورشیدی، در بیمارستان ایرانمهر تهران در سن ۷۴ سالگی درگذشت و بر خلاف وصیتش که مایل بود در گورستان ظهیرالدوله به خاک سپرده شود، در امامزاده طاهر کرج به‌خاک سپرده شد.

از سال ۱۳۶۴ یعنی زمان فوت وی تا سال ۱۳۸۹ سنگ قبر بنان تعویض نگردید. سال ۱۳۸۹ به دلیل پاره‌ای از تغییرات در امام‌زاده طاهر کرج و هم‌سطح‌سازی قبور و تعویض همه‌ی سنگ قبرهای نزدیک صحن، سنگ قبر بنان نیز تعویض گردید و به شکل کنونی درآمد.