Иван Васильевич Мушкетов родился в станице Алексеевской, бывшей в то время центром Хопёрского округа, войска Донского, отец — казак Михайловской станицы Василий Евграфович Мушкетов. В 1867 году окончил Новочеркасскую гимназию, затем как стипендиат Войска Донского окончил в 1873 году Горный институт в Санкт-Петербурге. Со студенческих лет занялся научными исследованиями в области геологии и географии. В начале (с августа 1874 года) и во второй половине(1877 год) 70-х годов XIX века совершил несколько путешествий[2] по Средней Азии, исследовал Тянь-Шань и Памиро-Алай. Во время этих путешествий открыл несколько крупных месторождений полезных ископаемых: каменного угля (Кульджинское месторождение), марганцевых, серебряных, медно-свинцовых руд. В 1876 году изучал золотоносные жилы Кочкарской системы на Урале. Во время подготовки строительства Средне-Азиатской железной дороги проводил географические изыскания местности. В 1880 г. И. В. Мушкетову присуждена высшая награда Русского географического общества — золотая Константиновская медаль за его исследования, которые охватили практически всю нагорную часть Туркестанского края, начиная с Джунгарского Алатау и Кульджи до северного Памира, Гиссара и северной границы Афганистана, большую часть Бухарского ханства и песков Кара-Кумы и Кызыл-Кумы[3]. И. В. Мушкетов не только первым произвел фундаментальное научное описание Туркестанского края, но и составил его первую геологическую карту. Дважды был награждён Макариевской премией за работы «Геологическое описание Туркестана» и «Физическая геология».
Иван Васильевич Мушкетов являлся научным руководителем известного геолога Владимира Афанасьевича Обручева.
И. В. Мушкетовым была организована в России служба постоянных сейсмических наблюдений, которую он первоначально и возглавил. С 1882 года он был старшим геологом Геологического комитета при правительстве России. В качестве обобщения всех его научных исследований им был написан фундаментальный труд — «Физическая геология», являвшийся новым словом не только в отечественной, но и в мировой науке того времени.
Умер от воспаления лёгких 23 сентября 1902 года в Санкт-Петербурге.