Иван Васильевич Мушкетов родился в станице Алексеевской, бывшей в то время центром Хопёрского округа, войска Донского, в семье казака Михайловской станицы Василия Евграфовича Мушкетова. 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 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 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. И.В.Мушкетов не только первым произвел фундаментальное научное описание Туркестанского края, но и составил его первую геологическую карту.
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.
Похоронен на Смоленском православном кладбище.
Сын — Дмитрий Иванович Мушкетов (19 марта 1882 года Санкт-Петербург, Российская империя — 18 февраля 1938 года, Ленинград, СССР) стал известным геологом, специалистом в области региональной геологии и тектоники. С 1915 года — профессор, с 1918 года — ректор Горного института, с 1930 года — директор института Прикладной геофизики, председатель Геологического комитета (1926—1929). По приговору выездной сессии Военной коллегии Верховного суда СССР расстрелян 18 февраля 1938 года в Ленинграде. 8 декабря 1956 года Верховным судом СССР реабилитирован.
Россия, Волгоградская область, Волгоград, поселок Песчанка; Донецке.