Futbola ikizi Hamit Altıntop ile birlikte doğduğu şehrin takımın olan Schwarz-Weiß Gelsenkirchen-Süd takımında başladı. Ardından TuS Rotthausen, SG Wattenscheid 09 takımlarında amatör olarak futbol yaşantısını sürdürdü.

2003 yılında Kaiserslautern'e transfer oldu. Burada ilk iki sezonunda istenilen performansı sergileyemeyen Halil, 2005-06 sezonunda attığı 20 golle gol krallığı yarışında Miroslav Klose'nin ardından 2. sırada yer aldı.

Bu performansıyla 2006-07 sezonu başında kardeşinin takımı olan FC Schalke 04 takımına transfer olmuştur.

2010'da Eintracht Frankfurt'a transfer olan Halil'in sözleşmesi 2011 Mayıs'ında bitmiş; 2010 yaz transfer döneminde, ismi uzun süre Eskişehirspor'lu anılmasına rağmen; 22 Haziran 2011'de Trabzonspor ile anlaştığı resmen açıklanmıştır.

2012-2013 sezonunun sonunda Trabzonspor ile olan sözleşmesi feshedilen Türk milli oyuncu Halil Altıntop, Alman Birinci Futbol Ligi Bundesliga takımlarından FC Augsburg ile sözleşme imzalamıştır.

Halil, Milli takım olarak Alman Milli Takımı'nın teklifini reddedip, Türkiye'yi seçmiştir. Milli takımın formasını ilk kez 30 Mart 2005 tarihinde Gürcistan'la yapılan maçta giymiştir. Milli takımla ilk golünü ise 8 Haziran 2005'de Kazakistan'a karşı atmıştır.

Halil, Türkiye'nin 2008 Avrupa Futbol Şampiyonası 26 kişilik kadrosunda yer almış ancak daha sonra kadronun 23 kişiye indirilmesiyle kadrodan çıkarılmıştır.