Иван Петрович родился 14 (26) сентября 1849 года в городе Рязани. Предки Павлова по отцовской и материнской линиям были священнослужителями в Русской православной церкви. Отец Пётр Дмитриевич Павлов (1823—1899), мать — Варвара Ивановна (урождённая Успенская) (1826—1890).
Окончив в 1864 году рязанское духовное училище, Павлов поступил в рязанскую…
духовную семинарию, о которой впоследствии вспоминал с большой теплотой. На последнем курсе семинарии он прочитал небольшую книгу «Рефлексы головного мозга» профессора И. М. Сеченова, которая перевернула всю его жизнь. В 1870 году поступил на юридический факультет (семинаристы были ограничены в выборе университетских специальностей), но через 17 дней после поступления перешёл на естественное отделение физико-математического факультета Петербургского университета (специализировался по физиологии животных у И. Ф. Циона и Ф. В. Овсянникова). Павлов, как последователь Сеченова, много занимался нервной регуляцией. Сеченову из-за интриг пришлось переехать из Петербурга в Одессу, где он некоторое время работал в университете. За 10 лет Павлов, по существу, заново создал современную физиологию пищеварения. В 1903 году 54-летний Павлов сделал доклад на XIV Международном медицинском конгрессе в Мадриде. И в следующем, 1904 году, Нобелевская премия за исследование функций главных пищеварительных желез была вручена И. П. Павлову, — он стал первым российским Нобелевским лауреатом.
Существует устойчивое мнение, что в годы Гражданской войны и военного коммунизма Павлов, терпя нищету, отсутствие финансирования научных исследований, отказался от приглашения Шведской Академии наук переехать в Швецию, где ему обещали создать самые благоприятные условия для жизни и научных исследований, причём в окрестностях Стокгольма планировалось построить по желанию Павлова такой институт, какой он захочет. На самом деле, Павлов крайне негативно оценивал развитие ситуации в новой России и просит отпустить его и его сотрудников за рубеж. В ответ советское правительство пытается предпринять меры, которые должны изменить ситуацию, но они не являются полностью успешными. Затем последовало соответствующее постановление Советского правительства, и Павлову построили институт в Колтушах, под Ленинградом, где он и проработал до 1936 года.
Академик Иван Петрович Павлов скончался 27 февраля 1936 года в городе Ленинград. В качестве причины смерти указывается пневмония.
