وی که بیشتر دوران زندگی خود را در تهران گذراند، در سن 21 سالگی به عضویت تیم ملی وزنه‌برداری ایران درآمد و نخستین حضور بین‌‌المللی او در بازی‌های آسیایی 1958 توکیو بود.
در آن دوره از رقابت‌ها کشتی آزاد ایران با تختی، حبیبی و زندی ۳ مدال طلا گرفت اما از حیث مرغوبیت مدال‌ها، وزنه‌برداری موفق‌ترین رشته در کاروان ورزش ایران بود.
در این بازی‌ها، علم خواه توانست در دسته 52 کیلو به مدال نقره دست یابد. سال بعد، او که جانشین طلایی های خروس وزن ایران شده بود، در مسابقات جهانی 1959 ورشو شرکت کرد و به عنوان چهارم جهان رسید.
اوج درخشش علم خواه در بازی‌های المپیک 1960 رم بود. او در این مسابقات با چارلز وینسی از ایالات متحده و یوشینو به میاکی نابعه وزنه‌برداری ژاپن رقابتی دیدنی داشت.
علمخواه در حرکت پرس با 5/97 کیلوگرم به کار خود پایان داد تا با میاکی برابر باشد اما در حرکت یک ضرب نتوانست بیش از 100 کیلوگرم را ثبت کند.
قهرمانان بیستمین دوره مسابقه های وزنه برداری قهرمانی ایران
1338 - گرگان
در حرکت 2 ضرب علمخواه با 5/132 کیلوگرم به کار خود پایان داد تا با مجموع 330 کیلوگرم به مدال برنز المپیک دست یابد و همچنین رکورد محمود نامجوی در حرکت 2 ضرب را بهبود بخشد.
در مسابقات جهانی 1961 وی به مقام چهارم جهان رسید. سال بعد یک وزن دیگر صعود کرد (5/67) و رکورد 120 کیلوگرم ایران را هم فرو ریخت.
عمر ورزشی علمخواه چندان طولانی نبود و خیلی زود با دنیای قهرمانی خداحافظی کرد و به جرگه داوران پیوست اما در هر فرصتی که پیش می‌آمد مربیگری هم می‌کرد.
او برای آموزش علاقمندان وزنه برداری مدتی در شهرکرد، به آموزش نوجوانان و جوانان این خطه پرداخت.
تنها 8 وزنه‌بردار ایرانی در تاریخ المپیک مدال گرفته‌اند اما از اسماعیل علمخواه و علی میرزایی به شکل شایسته نامی برده نشده است.
نام اسماعیل علم خواه در کتاب جامع تاریخ المپیاد به عنوان برنده مدال برنز دسته ۵۶ کیلوگرم رقابت‌های وزنه‌برداری المپیک رم در درج شده است.
اسماعیل علمخواه که روزگاری رکوردهای قهرمانان بزرگ پیش از خود در ایران را فرو ریخته بود در بهمن ماه 1367 در سن 52 سالگی بر اثر سکته قلبی دار فانی را وداع گفت.