1849年9月26日，巴甫洛夫·伊凡·彼德罗维奇出生在俄国的梁赞市。
1869年，毕业于梁赞神学院。 1870年——1875年，就读于圣彼得堡大学。 1876年——1880年，在军事医学院习。 1880年——1883年，与谢拉菲玛·瓦西里耶夫·卡尔切夫斯卡娅结婚，并开始研究心脏的神经。 1884年——1886年，跟随鲁道夫·海登海因在布雷斯劳做研究，后来又和卡尔·路德维希在莱比锡进行实验和研究。 1890年——1891年，被任命为军事医学院教授，并担任皇家实验医学研究所生理学部的负责人。 19世纪90年代，和同事们研究消化生理。 1897年，他撰写的《论消化腺的活动》一书出版。 1903年——1936年，和同事们研究高级神经系统的生理。 1904年，在消化生理学方面的出色成果而荣获1904年诺贝尔生理学和医学奖金，成为世界上第一个获得诺贝尔奖的生理学家。 1907年，当选为俄国科学院院士。 1910年，开始建造“寂静的塔群”。 1918年——1921年，俄国内战；巴甫洛夫的儿子维克多战死；另一个儿子弗谢沃洛德移居国外；列宁颁布法令为巴甫洛夫的研究提供足够的物资保障。 1923年，《动物高级神经活动(行为)客观研究20年经验：条件反射》出版。 1927年，出版《大脑两半球机能讲义》。 1929年，在科尔图什建造高级神经活动实验遗传学研究所。 1935年，主持在列宁格勒召开的第十五届国际生理学会议。
1936年2月27日，逝世。
经典条件反射学说
巴甫洛夫，又译帕夫洛夫，俄罗斯生理学家、心理学家，在神经生理学方面，提出了著名的条件反射和信号学说，获得1904年诺贝尔生理或医学奖。
巴甫洛夫做了一个相当著名的实验，他利用狗看到食物或吃东西之前会流口水的现象，在每次餵食前都先发出一些信号（一开始是摇铃，後来还包括吹口哨、使用节拍器、敲击音叉、开灯……等等），连续了几次之後，他试了一次摇铃但不餵食，发现狗虽然没有东西可以吃，却照样流口水，而在重复训练之前，狗对於「铃声响」是不会有反应的。他从这一点推知，狗经过了连续几次的经验後，将「铃声响」视作「进食」的信号，因此引发了「进食」会产生的流口水现象。这种现象称为条件反射，这证明动物的行为是因为受到环境的刺激，将刺激的讯号传到神经和大脑，神经和大脑作出反应而来的。
条件反射的情境涉及四个事项，两个属于刺激，两个属于机体的反应。一个是中性刺激，它在条件反射形成之前，并不引起预期的、需要学习的反应。这是条件刺激（CS），在巴甫洛夫的实验中就是铃响。第二个刺激是无条件刺激（UCS）。它在条件反射形成之前就能引起预期的反应：条件反射形成之前，出现了肉，即UCS，就引起唾液分泌。对于无条件刺激的唾液分泌反应叫作无条件反应（UCR）。这是在形成任何程度的条件反射之前就会发生的反应。由于条件反射的结果而开始发生的反应叫作条件反应（CR），即没有肉，只有铃响的唾液分泌反应。当两个刺激紧接着（在空间和时间上相近），反复地出现，就形成条件反射。通常，无条件刺激紧跟着条件刺激出现。条件刺激和无条件刺激相随出现数次后，条件刺激就逐渐引起唾液分泌。这时，动物就有了条件反应。一度中性的条件刺激（铃响）现在单独出现即可引起唾液分泌。