Родился 18 ноября 1919 года в городе Москве. Окончил среднюю школу. С декабря 1938 года в рядах Красной Армии, призван Ленинградским РВК (города Москвы). Окончил военную авиационную школу лётчиков. Служил в строевых частях ВВС.

С февраля 1942 года старший лейтенант И. О. Павлов в действующей армии. Боевую деятельность начал в составе 133-го ИАП (25-я ИАД, ВВС Закавказского и Крымского фронтов), летая на И-153. С июня по декабрь 1942 года - командир звена в 931-м ИАП / САП (236-я ИАД, 5-я Воздушная армия Черноморской группы войск Закавказского фронта), где продолжал летать на И-153. С сентября 1943 года - командир эскадрильи 160-го ИАП (14 апреля 1944 года преобразован в 137-й Гвардейский ИАП), летал на Ла-5 и Ла-7.

К 9 мая 1945 года командир эскадрильи 137-го Гвардейского истребительного авиационного полка (3-я Гвардейская истребительная авиационная дивизия, 16-я Воздушная армия, 1-й Белорусский фронт) Гвардии майор И. О. Павлов совершил около 300 боевых вылетов, провёл более 50 воздушных боёв, в которых сбил лично 6 самолётов противника.

После окончания войны продолжал служить в ВВС. С 3 октября 1945 года Гвардии майор И. О. Павлов - в запасе.

Награждён орденами: Красного Знамени (06.09.1942, 28.03.1944), Александра Невского (26.08.1944), Отечественной войны 1-й степени (10.07.1944); медалями.