Согласно принятой на сегодня версии, он происходил от шейха Сефи ад-Дина, который в начале XIV века основал в Ардебиле суфийский орден «Сефевийе». Происхождение Сефи ад-Дина покрыто тайной, высказывались мнения что он был курдом, тюрком, арабом и иранцем-азерийцем по языку (подробнее см. Сефевиды). Впоследствии почитателями Сефи и его потомков были в основном тюркские племена, а сами Сефевиды тюркизировались.
Отцом Исмаила Сефеви был шейх Гейдар, предводитель тюркского племенного союза кызылбашей, матерью — Алим-шах бегим, дочь Узун-Хасана, правителя государства Ак-Коюнлу и внучка последнего трапезундского императора Иоанна IV Комнина. До замужества она была православной христианкой и носила имя Марфа (Деспина). Таким образом, по материнской линии в жилах Исмаила текла тюркская и греческая кровь, он являлся потомком тюркских правителей Ак-Коюнлу и византийских императоров Комнинов.
В кругах суфиев считалось, что Сефевиды произошли от седьмого шиитского имама Мусы Кязима и, таким образом, являются потомками пророка Мухаммеда и Али ибн Абу Талиба; однако, это считается легендой, выдуманной для легитимизации духовной власти Сефевидов.
В 1488 году шейх Гейдар погиб в битве с войсками государства Ширваншаха; в 1495 Ак-Коюнлу захватывают Ардебиль, убивают шейха Али (старший сын Гейдара), а его младший сын 7-летний Исмаил скрывается кызылбашами. Идут облавы на него и его братьев, и Исмаил бежит сначала в Ардебиль, затем в Решт, оттуда уже попадает во дворец Каркия Мирзы Али в Гиляне, где и получает образование под руководством известных учёных.
В 12 лет (1500 г.) Исмаил выезжает из Гиляна, собирает кызылбашей и другие тюркские племена и с семитысячной армией идёт походом на Ширван. Решающая битва происходит в местности Джабани (у крепости Гюлистан). Юный Исмаил сражался в первых рядах, своим примером вдохновляя соратников; ширванцы были разбиты, ширваншах Фаррух Ясар схвачен во время бегства и обезглавлен, а кызылбаши после недолгой осады взяли столицу Ширвана — Баку. Вскоре Исмаил получает известие, что из Тебриза против него выступила 30-тысячная армия его двоюродного брата Алвенд-Мирзы Ак-Коюнлу. Он срочно выступает навстречу, и в середине 1501 года на равнине Шарур под Нахичеванем происходит решающее столкновение. Исмаил одержал блестящую победу над превосходящими силами врагов и затем, двинувшись из завоёванного Ширвана на Южный Азербайджан, осенью торжественно вступает в Тебриз, где провозглашает себя «шахиншахом Азербайджана», начинает чеканку монеты и объявляет государственной религией шиизм, обособив тем самым Иран от других мусульманских стран, где господствовали сунниты; он даже принял титул шах-и-шиян, «царь шиитов». При этом он заходил в шиитском рвении так далеко, что издал фирман (указ), приказывающий на площадях «ругать и проклинать» первых трёх «праведных» халифов Абу-Бакра, Умара и Усмана, которых шииты считают узурпаторами власти Али, и грозящий смертью всем, кто будет противиться этому.
Заняв Тебриз, Исмаил выступает против Хамадана — столицы султанов Ак-Коюнлу. 21 июня 1503 г. при Алма Гулаги (под Хамаданом) он громит превосходящую армию султана Мурада, которому едва удается бежать. Таким образом господству Ак-Коюнлу приходит конец, а Исмаил завладевает всем Персидским Эраком. К 1510 г. он владел всем Ираном вплоть до реки Амударьи, и Арабским Ираком, который занял в 1508 г., взяв Багдад. В Багдаде он, из шиитского фанатизма, разрушил древние памятники, так как они были построены врагами рода Али Аббасидами; все гробницы почитаемых суннитских святых были снесены, а их тела сожжены и развеяны по ветру; были казнены многие суннитские улемы, видные суфии и поэты.
Покинув разгромленный Багдад, шах Исмаил выступил против узбеков, находившихся под предводительством хана Шейбани, который был убит под Мервом в 1510 г. И шах посадил на трон Бабура.
Однако затем Исмаил сталкивается с турецким султаном Селимом I Явузом, который выступает против него под лозунгом защиты правоверных от еретиков-шиитов. 23 августа 1514 г. при Чалдыране происходит решительная битва. Исход её решила турецкая артиллерия (300 пушек), которую шах презирал, ибо считал недостойным воина «прятаться в укреплении из пушек». В результате он, кинувшись с мечом в руке под турецкий огонь, едва не попал в плен: его конь упал, и его спасло только мужество одного из его приближённых, выдавшего себя за шаха. Кызылбаши понесли огромные потери и были наголову разбиты. Турки взяли Тебриз, и только вспыхнувшие в Анатолии волнения янычар спасли Исмаила от полного краха. В результате, однако, были утеряны Армения и Арабский Ирак.
После Чалдыранской битвы шах Исмаил практически не нападает на соседние государства, если не считать походы на Ширван и Грузию. Оживляются дипломатические отношения с европейскими государствами: Венецией, Королевством Габсбургов, Венгрией, с которыми сефевиды стараются заключить союзы против Турции. Шах направляет усилия на укрепление созданного им государства. В 1524 г. в возрасте 37 лет Исмаил неожиданно умирает в Ардебиле, куда прибыл поклониться гробнице отца. Похоронен там же в усыпальнице Сефевидов Даруль-Иршад.
У Исмаила было пять сыновей — Рустам Мирза (умер молодым), шах Тахмасб (взошёл на престол в 10-летнем возрасте), Сам Мирза, Алгас Мирза и Бахман Мирза и пять дочерей: Ханым-ханум, Пярихан-ханум, Махинбану, Фирангиз-ханум и Шахзейнаб-ханум.
Исмаил известен также как поэт, писавший под псевдонимом Хатаи, и считается классиком азербайджанской поэзии. Кроме того он увлекался скачками, охотой, владел техникой живописи и каллиграфии, играл на барбате, обладал хорошим голосом и огромной физической силой. Поощрял развитие ремесла и торговли. Персонаж многих народных легенд и дастанов.
В новом государстве азербайджанский язык стал почти на столетие языком двора, армии и суда (он сохранял этот статус на протяжении около столетия), тогда как персидский — языком администрации и литературы; на персидском же языке чеканились надписи на монетах.
Шах Исмаил писал стихи под поэтическим псевдонимом «Хатаи» на азербайджанском и персидском языках. До нас дошли поэма «Дехнамэ», 400 газелей и 100 касыд на азербайджанском, четыре бейта и одна мукамма (поэма) на фарси. По мнению В. Минорского, предпочтение Шахом Исмаилом в поэзии тюркского языка объясняется тем, что он стремился быть понятным своим последователям-тюркам. Профессор Ахмед Карамустафа, один из авторов статьи про Шаха Исмаила в энциклопедии Ираника, отмечает, что большая часть поэзии Шаха Исмаила носила лирический, а не религиозный характер, и что Хатаи является представителем адарийской (иранско-азерийской) лирической традиции.
Самая старая рукопись стихов — «Диван» хранится в настоящее время в Ташкенте. Её переписал во дворце шаха Тахмасиба I знаменитый каллиграф Шах Махмуд Нишапури. Известно множество рукописей Хатаи. Шах Исмаил использовал свою поэзию в качестве агитации, и его стихи, распространявшиеся по свету вместе со странствующими ашугами и дервишами, полны шиитского фанатизма:
- Я знаю — это слова Бога,
- И посему я объявляю проклятье Язиду,
- Проклинать Язида достойно поощрения,
- И потому я объявляю проклятье Язиду.
- Гордость мира — Мухаммед Мустафа,
- Царь мужей — Али, тайна Божья,
- Мой имам, как и Хасан, созданье благодати,
- И потому я объявляю проклятье Язиду.
Хатаи также и лирический поэт. В азербайджанской поэзии считается хрестоматийной его поэма «Дехнамэ». О Шахе Исмаиле написано немало литературных произведений, к примеру исторические повести азербайджанских писателей Азизы Джафарзаде «Баку 1501», «Напасть» и Анара «Победа поэта».
Именем Исмаила I названы: