Родился 30 июня 1915 года в селе Александровка (ныне Иловлинский район Волгоградской области). Окончил 7 классов средней школы. С 30 августа 1934 года в рядах Красной Армии, призван Солодчинским РВК (Сталинградская область). В 1937 году окончил 7-ю Сталинградскую военную авиационную школу лётчиков. Служил в ВВС Западного особого военного округа.

Участник похода советских войск в Западную Украину и Западную Белоруссию в 1939 году и Советско-Финляндской войны 1939-1940 гг. в составе 23-го ИАП (59-я ИАБР, ВВС 7-й Армии, Северо-Западный фронт). Летал на И-15бис, воздушных побед не имел.

С 23 июня 1941 года младший лейтенант И. М. Холодов на фронтах Великой Отечественной войны в должности командира звена того же 23-го ИАП, летал на МиГ-3. С июля 1941 года - заместитель командира эскадрильи в 28-м ИАП, продолжал летать на МиГ-3.

К февралю 1942 года заместитель командира эскадрильи 28-го истребительного авиационного полка (6-й истребительный авиационный корпус, Войска ПВО территории страны) старший лейтенант И. М. Холодов произвёл 225 боевых вылетов, в 21 воздушном бою сбил лично и в составе группы 7 самолётов противника. Указом Президиума Верховного Совета СССР от 4 марта 1942 года удостоен звания Героя Советского Союза с вручением ордена Ленина и медали "Золотая Звезда" (№ 664).

С октября 1942 года - командир эскадрильи 434-го ИАП (22 ноября 1942 года преобразован в 32-й Гвардейский ИАП), летал на Як-1 и Ла-5. С 13 ноября 1943 года по 28 февраля 1944 года - командир этого полка. 25 марта 1944 года принял командование 111-м Гвардейским ИАП (командовал им до 1946 года, с перерывом в период с 04.09.1944 по 21.02.1945 гг.), летал на Ла-5 и Ла-7. Участник боёв за освобождение Праги.

К 11 мая 1945 года Гвардии подполковник И. М. Холодов совершил 464 боевых вылета, провёл 105 воздушных боёв, в которых сбил лично 16 и в составе группы 6 самолётов противника.

После окончания войны продолжал служить в ВВС, командовал 445-м истребительным авиационным полком. В 1958 году окончил Высшие академические курсы при Военной академии Генерального штаба. С 16 сентября 1970 года генерал-майор авиации И. М. Холодов - в запасе. Жил в Москве. Работал начальником отдела кадров Гражданской обороны Москвы. Умер 29 января 1992 года, похоронен на Троекуровском кладбище.

Награждён орденами: Ленина (04.03.1942), Красного Знамени (01.11.1941, 26.06.1944, 22.05.1945, 05.11.1954, 29.04.1957), Суворова 3-й степени (07.12.1944), Александра Невского (11.03.1943), Отечественной войны 1-й степени (13.02.1943, 11.03.1985), Трудового Красного Знамени, Красной Звезды (15.11.1950, 04.06.1955); медалями, в том числе "За боевые заслуги" (03.11.1944).