Отец Иван Матвеевич Катаев - профессор-историк, автор популярного учебника по истории. Мать, урожденная Кропоткина, по некоторым сведениям, приходилась племянницей географу и теоретику анархизма Петру Алексеевичу Кропоткину. Двоюродный брат - академик Андрей Николаевич Колмогоров.
Рано лишился матери. Иван учился в гимназии в Москве и в Суздале. В 1919 году вступил в ВКП(б) и в Красную Армию. 1921 - воевал на Кавказе (г. Грозный), работал в газете и был одним из организаторов «Театра Революционной Сатиры». Демобилизовавшись, поступил на экономический факультет Московского университета.
С 1923 член РАПП, с 1926 один из руководителей группы «Перевал». Был членом правления Союза писателей (с 1934) и создателем «Литературной газеты». Попутно работает в издательстве «Город и деревня», печатает рассказы и очерки.
1927 - выходит повесть «Сердце». Затем - «Поэт», «Жена», сборник «Отечество»…
1930 - началась кампания в печати против «Перевала» в связи с выходом двух сборников И. И. Катаева. За рассказ «Молоко» писателя обвинили в проповеди христианства.(статья в «Правде» под заголовком «О „сладеньких попиках“ и „всеобщем молочке“».
1934 - опубликованы рассказы «Встреча» и «Ленинградское шоссе».
Нападки на творчество И. И. Катаева закончились тем, что он был арестован (1937), осуждён по статье «враг народа» и расстрелян. Прах захоронен среди «невостребованных» в могиле N 1 Донского кладбища.
После реабилитации (1956) произведения неоднократно переиздавались (благодаря усилиям вдовы писателя Марии Терентьевой-Катаевой).