Иван Бутаков происходил из морской семьи дворян Бутаковых и, по примеру своего отца и старших братьев, поступил в Морской кадетский корпус, который окончил 11 декабря 1839 года с производством в чин мичмана и назначением в Черноморский флот Российской империи.

В 1840—1841 годах юный офицер крейсировал на различных судах у берегов Кавказа, а в 1842—1843 годах совершил плавание в Средиземное море.

В должности старшего офицера 52-пушечного фрегата «Паллада» лейтенант Бутаков совершил в 1852 году переход из Кронштадта в Сингапур, откуда с донесением от вице-адмирала Е. В. Путятина вернулся на родину. В должности старшего офицера фрегата «Диана» совершил плавание на Дальний Восток, где в 1854 году был произведен в чин капитан-лейтенанта и назначен командиром 52-пушечного фрегата «Паллада».

В связи с началом Крымской войны и возможностью захвата «Паллады» неприятельскими кораблями, 18 января 1855 года по приказу контр-адмирала В. С. Завойко Бутаков затопил фрегат. В 1855 году он командовал гребной флотилией из двенадцати судов в устье Амура и был награжден орденом Святой Анны 2-й степени.

После окончания военных действий Бутаков командуя 10-пушечным транспортом «Двина» совершил плавание мимо мыса Горн в Балтийское море, завершив свое кругосветное плавание.

В течение двух лет капитан 2-го ранга Бутаков находился в командировке в Бордо, где наблюдал за строительством 40-пушечного парусно-винтового фрегата «Светлана», которым затем командовал в Средиземном море. В 1862 году он был награжден «За беспорочную выслугу, в офицерских чинах, 18-ти шестимесячных морских кампаний» орденом Святого Владимира 4-й степени с бантом.

В 1862 году в чине капитана 1-го ранга Бутаков командовал 45-пушечным парусно-винтовым фрегатом «Ослябя» в Средиземном море, а в 1863 году в составе Атлантической эскадры под командованием контр-адмирала С. С. Лесовского совершил переход в Нью-Йорк.

В 1864 году Иван Иванович вернулся на родину, где был назначен 10 мая в связи с обострением русско-британских отношений и возможностью появления британской эскадры в Балтийском море начальником южного фланга обороны Кронштадта.

В 1865 году Бутаков был назначен командиром 70-пушечного парусно-винтового фрегата «Генерал-адмирал», командуя которым плавал в Балтийском море, а в 1866 году совершил переход в Средиземное море, где организовал вывоз с острова Крит греческих беженцев, за что был награжден греческим орденом Спасителя.

Капитаны экспедиции русского флота к берегам Северной Америки. Слева направо: П. А. Зеленой (клипер «Алмаз»), И. И. Бутаков (фрегат «Ослябя»), М. Я. Федоровский (фрегат «Александр Невский»), адмирал С. С. Лесовский (командир эскадры), Н. В. Копытов (фрегат «Пересвет»), О. К. Кремер, (корвет «Витязь»), Р. А. Лунд (корвет «Варяг»).

10 июля 1867 года Иван Иванович был назначен командующим отрядом судов в Средиземном море подняв брейд-вымпел на корвете «Память Меркурия», а 15 октября того же года был произведен в чин контр-адмирала. Корвет «Память Меркурия» и шхуна «Бомбары» входившие в состав Средиземноморского отряда продолжали перевозку беженцев с острова Крит на материковую Грецию и заслуги Бутакова в организации этой экспедиции были отмечены награждением его греческим орденом Спасителя большого креста.

К 1868 году большая часть побережья Крита была захвачена турецкими войсками и поэтому перевозка беженцев была прекращена. Контр-адмирал Бутаков остался на Средиземном море, занимаясь боевой подготовкой кораблей и выполняя поручения русских послов и консулов. В ноябре 1869 года клипер «Яхонт» находившийся под его флагом принимал участие в церемонии открытия Суэцкого канала. Заслуги Ивана Ивановича были отмечены награждением его 2 марта 1870 года орденом Святого Станислава 1-й степени и зачислением в 1872 году в Свиту Его Императорского Величества.

В дальнейшем Бутаков продолжал служить на Средиземном море, командуя различными эскадрами, а при возникновении угрозы начала русско-турецкой войны был назначен 4 декабря 1876 года командующим отдельным отрядом судов, предназначенным для крейсерских действий в Атлантическом океане. В состав эскадры входили фрегат «Светлана», корветы «Богатырь» и «Аскольд», клипер «Крейсер». 1 января 1877 года Иван Иванович был награжден орденом Святого Владимира 2-й степени.

В связи с тем, что Великобритания не пошла на открытый конфликт с Россией эскадры была 29 апреля 1877 года отозвана в Кронштадт и по приходе в Брест расформирована, а ее командующий был назначен помощником начальника морской и береговой обороны Кронштадта.

10 декабря 1879 года заслуженного адмирала назначили эскадр-майором Его Императорского Величества и по этой должности он сопровождал государя на пароходе «Эриклик» в Средиземном море и на яхте «Штандарт» в Балтийском море. 20 апреля 1880 года император назначил его своим генерал-адъютантом с оставлением в занимаемой должности.

Иван Иванович Бутаков скоропостижно скончался в возрасте шестидесяти лет от аневризмы и был похоронен на Никольском кладбище Александро-Невской Лавры в Санкт-Петербурге.

Жена (с 1874 года) — Вера Васильевна Давыдова (1843—1923), дочь декабриста Василия Львовича Давыдова от брака его с Александрой Ивановной Потаповой. Родилась в Красноярске и при рождении получила фамилию Васильева. В 1856 году вместе с братьями и сестрами была восстановлена в правах дворянства. С 1856 года жила с матерью в имение Каменка, Киевской губернии. Увлекалась музыкой и хорошо рисовала. С 1866 по 1868 года Верой Васильевной был увлечен композитор П. И. Чайковский и посвятил ей пьесы для фортепиано «Воспоминания о Гапсале». Их дружеские отношения сохранились до конца жизни. Была женщиной светской, любила балы и аристократические салоны. Благодаря замужеству получила доступ ко двору, кавалерственная дама ордена Св. Екатерины малого креста.

Григорий Иванович Бутаков  (21 Февраля 1873, Athens, Kentrikos Tomeas Athinon, Attica, Greece - 20 Мая 1960, Cannes, Alpes-Maritimes, Provence-Alpes-Côte d'Azur, France), сын Ивана Ивановича Бутакова, пасынок  Веры Васильевны Давыдовой.

Ирина Семёновна Бутакова, ур. Боборыкина (15 Апреля 1880 - 8 Января 1923, Cannes, Alpes-Maritimes, Provence-Alpes-Côte d'Azur, France), вторая жена Гигория Ивановича Бутакова.

Мстислав Григорьевич Бутаков (1901-1948),  сын Григория Ивановича Бутакова от его первого брака с Верой Васильевной Гротгус.