Член-корреспондент (c 5 декабря 1887 года; физико-математическое отделение, по разряду биологических наук — ботаника), ординарный академик Петербургской академии наук (с 6 апреля 1902 года, физико-математическое отделение), Российской академии наук (с 1917 года), Академии наук СССР (с 1925 года).
Из дворян Екатеринославской губернии. Брат Александра Парфеньевича Бородина, инженера путей сообщения, главного инженера службы подвижного состава Юго-Западной железной дороги, одного из основоположников русского паровозостроения.
Окончил курс в Санкт-Петербургском университете на физико-математическом факультете, по отделу естественных наук.
В 1869 году поступил преподавателем ботаники и одновременно заведующим кафедрой ботаники и дендрологии в Санкт-Петербургский земледельческий и лесной институт. В 1877 году было закрыто агрономическое отделение института, преобразованного в Санкт-Петербургский лесной институт, и Бородин был оставлен преподавателем ботаники. Заведовал кафедрой 35 лет — до 1904 года.
В 1876 году за диссертацию «Физиологические исследования над дыханием листовых побегов» Иван Парфеньевич получил степень магистра ботаники. За этой работой, которая дала Бородину известность не только в России, но и в Западной Европе, последовал ряд физиологических и анатомических работ, особенно по распространению различных веществ в растениях, причём Бородин разработал особый метод их изучения, названный его именем.
В 1878 году он был назначен профессором Санкт-Петербургской медико-хирургической академии, где читал лекции ботаники до 1880 года, когда был утверждён профессором Лесного института.
Бородину принадлежит открытие (1880—1882) кристаллизующегося хлорофилла, сыгравшее большую роль в изучении этого вещества. Немецкий химик Р. Вильштеттер, исследователь химии хлорофилла, назвал такие кристаллы «кристаллами Бородина». В 1873 году Бородин положил начало изучению флавоноидов в России.
С 1881 по 1904 год Бородин состоял редактором «Трудов» Общества естествоиспытателей при Санкт-Петербургском университете, по отделу ботаники; позже — редактором «Материалов для изучения естественных производительных сил России», издаваемых состоящей при Императорской Академии наук Комиссией по изучению естественных производительных сил России.
В 1886 году Новороссийский университет единогласно избрал его почётным доктором ботаники. Со второй половины 1887 года Бородин читал лекции ботаники и в Санкт-Петербургском университете (вместо оставившего кафедру А. С. Фаминцына), неоднократно — на Высших женских курсах.
С 1887 года Иван Парфеньевич Бородин — член-корреспондент, а с 1902 года — академик Императорской академии наук.
14 декабря 1899 года Бородин был назначен заведующим Бюро по прикладной ботанике, которым заведовал до 23 сентября 1904 года. Бюро при Бородине отвечало на запросы и давало рецензии на труды по растениеводству.
C 1902 года — директор Ботанического музея Академии наук.
В 1903 году Бородин опубликовал свои публичные лекции, посвящённые вопросам оплодотворения. В этих лекциях он одним из первых в России подробно изложил работу Г. Менделя «Опыты над растительными гибридами» и подтверждающий её выводы результат работ его последователей.
27 января 1905 года в петербургской газете «Русь» появилась «Записка 342 учёных», критиковавшая самодержавие. Среди шестнадцати подписавших её академиков был и Бородин. Последствием этого явилось разосланное этим академикам письмо президента Академии наук Великого князя Константина Константиновича, порицавшее их поступок и предлагавшее сначала отказаться от казённого жалованья, а потом уже заниматься политикой. И. П. Бородин подал президенту Академии наук прошение об отставке. Однако вскоре Великий князь извинился перед академиками.
В мае 1907 года академик Бородин представлял Императорскую академию наук на торжествах в Швеции, посвящённых двухсотлетию со дня рождения Карла Линнея.
Бородин неоднократно выступал в печати и в научных обществах с идеей об охране природы. 29 декабря 1909 года на XII съезде русских естествоиспытателей и врачей в Москве им был сделан горячо поддержанный участниками съезда программный доклад «О сохранении участков растительности, интересных в ботанико-географическом отношении». В статье «Охрана памятников природы» он дал подробный обзор природоохранных мероприятий в России и за рубежом, предлагая к заповеданию ряд уникальных природных мест страны, назвал первостепенные природоохранные проблемы в России:
В 1912 году при его активном участии была создана Постоянная природоохранительная комиссия при Русском географическом обществе. Председателем комиссии был назначен почётный член общества, бывший министр земледелия и государственных имуществ, академик Императорской Санкт-Петербургской академии наук А. С. Ермолов, товарищем (то есть заместителем) председателя — И. П. Бородин.
В ноябре 1913 года Бородин представлял Россию на первой Международной конференции по охране природы в Берне и представил там памятную записку по основной теме конференции.
В одной из первых в России книг по охране природы, изданной в 1914 году, Бородин писал:
По инициативе Бородина в 1915 году было организовано Русское ботаническое общество, бессменным президентом которого он был до конца жизни.
С 7 октября 1917 года по 31 мая 1919 года И. П. Бородин — вице-президент Академии наук России.
В 1917—1919 годах — директор Петроградского ботанического сада.
В декабре 1917 года он призывал академиков саботировать режим большевиков.
В 1928 году выступил против избрания видных коммунистов в действительные члены Академии наук.
Основал пресноводную (озёрную) биологическая станцию сначала на озере Бологом, затем на озере Селигере (Бородинская биологическая станция). На свои личные средства Бородин издал четыре тома Трудов станции.
Часть гербарной коллекции, собранной собственноручно, в том числе более 800 гербарных листов растений Новгородской губернии и 1573 экземпляра растений Иркутского округа, И. П. Бородин передал Ботаническому кабинету Лесного института.
В некоторых работах, в частности, Протоплазма и витализм (1894), Бородин выступал с пропагандой виталистических взглядов на сущность жизненных отправлений, что вызвало критику со стороны К. А. Тимирязева.
Дочь Инна Ивановна (родилась в 1878 году в Петербурге, скончалась в 1959 году), по мужу Любименко, историк, архивист.
В 1921 году Н. А. Буш в знак признания заслуг И. П. Бородина назвал его именем род растений Бородиния (Borodinia N.Busch) семейства Капустные (Brassicaceae).
Имя Бородина носит Гербарий Санкт-Петербургской лесотехнической академии (бывший Ботанический кабинет Императорского Лесного института).
Работы Бородина принадлежат к области физиологии, анатомии и систематики растений; им написан ряд замечательных учебников по ботанике: Курс анатомии растений, Краткий очерк микологии (1-е издание — 1897 года), в 30-х годах XX века остававшийся, несмотря на устарелость некоторых частностей, лучшим русским введением в микологию. Краткий учебник ботаники для сельскохозяйственных школ (1888) к 1930 году выдержал тринадцать изданий. Курс дендрологии (1891), как и Краткий очерк микологии, не потерял актуальность и в XXI веке.
Русский перевод всемирно известной книги австрийского ботаника А. Кернера Жизнь растений вышел под редакцией и с предисловием И. П. Бородина.