В 1923 году окончил Высшие художественно технические мастерские (мастерская Ильи Машкова). После окончания ВХУТЕМАСа, осенью 1924 года друг Иванова-Вано художник Владимир Сутеев пригласил его в Государственный техникум кинематографии, где в должности аниматора Иванов-Вано работал над своим первым мультипликационным фильмом «Китай в огне», вышедшем в 1925 году. Там же он впервые пробовал себя в роли режиссера постановщика («Каток») и срежиссировал первый мультипликационный фильм для детей «Сенька-африканец» по мотивам сказок Корнея Чуковского. 

В 1936 году Иванов-Вано пришел работать в киностудию «Союзмультфильм», где создал фильмы, ставшие классикой отечественной мультипликации: «Мойдодыр», «Конек Горбунок», «Снегурочка», «Двенадцать месяцев», «Сказка о Царе Салтане» и другие. 

В 1939 году совместно с Федором Богородским и Борисом Дубровским-Эшке организовал художественный факультет во ВГИКе, где вел отделение постановщиков мультипликационного фильма. В 1950 году издал книгу о мультипликации «Рисованный фильм». 

В 1960 году Иванов Вано перешел в кукольное объединение студии «Союзмультфильм», где осуществил постановку одного из своих самых значительных фильмов — «Левша» по повести Николая Лескова. Не менее известным произведением мастера является мультипликационная версия сказки Салтыкова-Щедрина «О том как один мужик двух генералов прокормил». 

За годы своей творческой деятельности Иван Иванов-Вано срежиссировал 41 фильм, написал сценарии к 25 фильмам, в должности художника-постановщика принимал участие в создании 5 фильмов, в должности аниматора — 5 фильмов. 

Скончался 25 марта 1987 года.