Академик АН СССР, АН УССР (17.07.1922). Почётный член Германской академии естествоиспытателей «Леопольдина» (1958), Германской академии наук (1960), Академии зоологии в Агре (Индия, 1962).
Родился в 1884 году в Киеве. Его отец, Иван Фёдорович Шмальгаузен (1849—1894) — известный ботаник, профессор Петербургского и Киевского университетов, рано умер. И. И. Шмальгаузен закончил Первую киевскую мужскую гимназию в 1901 году. Затем поступил на физико-математический факультет Университета Святого Владимира. Лекции профессора А. Н. Северцова способствовали увлечению И. И. Шмальгаузена сравнительной анатомией. В 1905 году, будучи студентом университета, исполнял обязанности ассистента профессора Северцова на Высших женских курсах. Студенческая работа, посвящённая Шмальгаузеном изучению развития конечностей у земноводных, получила золотую медаль. Учился И. И. Шмальгаузен с перерывами. Сначала его исключили из университета за участие в студенческих беспорядках, но затем снова приняли в университет, однако начавшаяся вскоре революция (1905—1907 годы) привела к временному закрытию Университета Святого Владимира. В 1907 году окончил Университет Святого Владимира.
В 1910 году по рекомендации А. Н. Северцова И. И. Шмальгаузена утвердили штатным лаборантом зоологической лаборатории.
В 1912 году А. Н. Северцов занял освободившееся после ухода в отставку М. А. Мензбира место профессора сравнительной анатомии Московского университета и пригласил И. И. Шмальгаузена в Москву на должность ассистента. С 1913 по 1918 годы И. И. Шмальгаузен занимал должность приват-доцента на кафедре Московского университета, которую возглавлял А. Н. Северцов.
С 1918 года — профессор Воронежского университета.
С 1921 года — профессор Киевского университета.
C 1935 года — академик АН СССР.
В 1939—1948 годах — профессор Московского университета, заведовал кафедрой дарвинизма, организованной им же. В числе других «менделистов-вейсманистов-морганистов» Приказом Министерства высшего образования СССР от 23 августа 1948 года № 1208 «О состоянии преподавания биологических дисциплин в университетах и о мерах по укреплению биологических факультетов квалифицированными кадрами биологов-мичуринцев» освобождён от работы «как проводивший активную борьбу против мичуринцев и мичуринского учения и не обеспечивший воспитания советской молодёжи в духе передовой мичуринской биологии»[2].
В 1930—1941 годах — директор Института зоологии и биологии АН УССР.
В 1936—1948 годах — директор Института эволюционной морфологии АН СССР. После избрания И. И. Шмальгаузена академиком АН СССР, его в этом же году назначили директором Биологического института имени К. А. Тимирязева АН СССР, а также директором лаборатории экспериментальной зоологии и морфологии. Эти два научных учреждения в 1936 году объединили, и на их базе был создан Институт эволюционной морфологии, который после смерти А. Н. Северцова стал называться его именем.
После смерти А. Н. Северцова в 1936 году И. И. Шмальгаузен стал признанным лидером советских эволюционных морфологов и эмбриологов.
В 1936 году участник IV съезда зоологов, анатомов и гистологов в Киеве.
С 1938 года И. И. Шмальгаузен — заведующий кафедрой дарвинизма Московского государственного университета.
В 1948—1955 годах — старший научный сотрудник Зоологического института АН СССР.
В 1955 году подписал «Письмо трёхсот».
В 1955—1963 годах — заведующий лабораторией эмбриологии Зоологического института АН СССР.
В 1961 году Иван Иванович тяжело заболел. В больнице он закончил рукопись книги «Регуляция формообразования в индивидуальном развитии». Выйдя из больницы в 1962 году, Шмальгаузен усиленно работал, несмотря на плохое здоровье, и в течение 1962—1963 годов дописал монографию «Происхождение наземных позвоночных», начатую ещё до болезни. В ней дана полная и стройная картина перехода позвоночных от водной жизни к наземной. В это же время Иван Иванович начал писать книгу о применении кибернетики в биологии, но осенью 1963 года болезнь обострилась, и Шмальгаузен скончался.
Орден Трудового Красного Знамени
Дарвиновская медаль Германской академии естествоиспытателей «Леопольдина» (1958)
Золотая медаль имени И. И. Мечникова (1963)