Папанин родился в семье потомственных военных моряков: его дед участвовал в героической обороне Севастополя (1854-1855) во время Крымской войны, а отец служил матросом на одном из кораблей Черноморского флота. Многодетная семья Папаниных жила в крайней бедности, и в 1909 году, после окончания земской начальной школы, юный Иван был вынужден пойти работать на один из севастопольских заводов.

В 1914 году Папанин был призван на военную службу и определён в полуэкипаж Севастопольского военного порта. Сразу после Октябрьской революции он вступил в Черноморский отряд Красной армии, в составе которого активно участвовал в боевых действиях Гражданской войны и был одним из организаторов партизанского движения в Крыму.

В 1922 году Иван Дмитриевич был переведён в Москву в Народный комиссариат морских дел, а затем — в Народный комиссариат почт и телеграфов. После окончания Высших курсов связи в 1925 году Папанин стал начальником экспедиции по строительству радиостанции в Якутии. После успешного окончания экспедиции Папанин окончательно перешёл на научно-исследовательскую работу в Арктике.

В 1930-х годах Иван Папанин был начальником полярной станции Бухта Тихая (Земля Франца-Иосифа) и станции на мысе Челюскин.

В 1937 году Иван Дмитриевич возглавил первую в мире дрейфующую станцию «Северный полюс». Дрейф станции длиной в 2100 км, продолжавшийся 274 дня, позволил собрать учёным-участникам экспедиции (П.П. Ширшову, Е.К. Фёдорову и Э.Т. Кренкелю) уникальный материал о природе высоких широт Северного Ледовитого океана. Все члены экспедиции получили учёную степень доктора географических наук (без защиты диссертации) и были избраны почётными членами Географического общества СССР. Папанин, как руководитель станции, получил звание Героя Советского Союза и медаль «Золотая Звезда».

В 1939 году исследователя назначили начальником Главсевморпути. На этом посту Папанин вплотную занялся созданием ледоколов. В 1940 году Папанин возглавил уникальную экспедицию по спасению зажатого во льдах судна «Георгий Седов», за что ему во второй раз было присвоено звание Героя Советского Союза.

В годы Великой Отечественной войны Папанин организовал бесперебойное движение судов по трассе Северного морского пути, руководил погрузкой и выгрузкой в Мурманске, Архангельске и других северных портах. В 1943 году ему было присвоено воинское звание контр-адмирала.

Материалы из фонда Президентской библиотеки помогут подробнее изучить исследовательскую деятельность Ивана Папанина:
Коллекция 
Документальная хроника «Арктика - территория диалога» 
И.Д. Папанин, А.М. Покровский «Экспедиция Беринга: сборник документов» (М., 1941)
Очерки «Героическая четверка: И.Д. Папанин, Э.Т. Кренкель, П.П. Ширшов, Е.К. Федоров» (М., 1938)