После смерти отца (1573) служил воеводой в Муроме. В апреле 1582 направлен 1-м воеводой в Тулу. В том же году усмирял восстание луговых татар и черемисов в Казани. Зимой 1582/83 снова был послан через Муром и Ниж. Новгород с большим полком 1-м воеводой.
В 1585—1587 активно участвовал в дворцовой борьбе в числе противников Бориса Годунова и на стороне князей Шуйских, был подвергнут опале и содержался в ссылке, в Нижнем Новгороде. В 1592 возвращён и пожалован в бояре, послан 1-м воеводой в Казань, где находился до 1598.
В 1592 году его пожаловали в бояре и отправили первым воеводой в Казань. Здесь пробыл он около 6 лет и с 1598 года поселился в Москве, оставаясь верным Борису Годунову до самой его смерти. При появлении первого Лжедмитрия он присягнул ему и был в свите боярской, выехавшей навстречу Лжедмитрию в Тулу. Через год он был уже противником Лжедмитрия и способствовал его низложению.
При возведении на престол Василия Шуйского, во всё время правления его Воротынский деятельно боролся с самозванцами и изменниками. В походе против Болотникова и князя Телятевского он, однако, потерпел поражение. 17 июля 1610 после стихийного веча на Лобном месте в Москве, где народ, руководимый З. Ляпуновым, Ф. Хомутовым и И. Н. Салтыковым, проголосовал за низложение Василия Шуйского, Воротынский, царский свояк, отправился во дворец объявить царю о решении народа и просил его оставить престол, взяв себе в удел Ниж. Новгород. Шуйский вынужден был согласиться и тотчас же перебрался с женой на свой прежний боярский двор. После этого Воротынский стал членом «Семибоярщины».
Сторонник и единомышленник патриарха Гермогена, Воротынский подвергся в 1611 году преследованию со стороны бояр — приверженцев Сигизмунда, был посажен под стражу и вынужден подписать грамоту об отдаче Смоленска.
В 1613 году в числе кандидатов на царство был и Иван Михайлович Воротынский, как один из знатнейших и способнейших бояр. Когда выбор остановился на Михаиле Федоровиче Романове, Воротынский стоял во главе лиц, посланных к избраннику с просьбой поспешить в столицу. При Михаиле Федоровиче боярин Иван Воротынский служил воеводой в Казани.
Воротынский был первым послом на съезде с польскими послами в Смоленск; в 1620 и 1621 гг.. Правительство Михаила Фёдоровича обратилось с просьбой к императору Свящ. Рим. империи и попросило его стать посредником «в деле примирения Москвы с Польшею». Император Матиас отправил от себя посредником некоего Ганделиуса. Его стараниями под Смоленском встретились pycские послы: Воротынский «с товарыщи» и польские посланники: епископ Киевский Казимирский, литовский гетман Я.-К. Ходкевич и канцлер Л. Сапега. Ганделиус явно поддерживал поляков: он не только считал правильной уступку Речи Посполитой земель, завоёванных ею у России, но и полагал, что pyccкиe, когда-то признав Владислава своим царём, теперь были просто обязаны возместить ему утрату царского венца территориальными приобретениями.
Воротынский, однако, вёл себя достаточно независимо и пресекал все попытки поляков и Ганделиуса навязать ему их точку зрения. Михаил Фёдорович высказывал боярину своё неудовольствие по этому поводу, потому что боялся за своего отца, всё ещё томившегося в плену у поляков, желал его скорейшего возвращения на родину и готов был на большие уступки, лишь бы добиться освобождения Филарета. Несмотря на такую уступчивость своего государя, русские послы не поддались чрезмерным притязаниям поляков, и съезды под Смоленском прекратились. Война стала неизбежной. В начале 1620-х гг. — 1-й воевода в Москве.
Вторым браком был женат на княжне Марии Петровне Буйносовой-Ростовской, сестре жены царя Василия Шуйского. На пиру по случаю крестин сына И. М. Воротынского внезапно заболел (как полагают, был отравлен) и через несколько дней умер князь Михаил Васильевич Скопин-Шуйский. В последние годы своей жизни он оставался вдали от дел и скончался схимником, под именем Ионы, в 1627 году. Имел сына Алексея(1610—1642), стольник и воевода и дочь Екатерину (+1637).