Народився поблизу Диканьки. Служив у козацькому війську. Був конюшим у Б. Хмельницького, виконував його дипломатичні доручення. Після смерті гетьмана деякий час тримався Ю. Хмельницького. У 1659 р. провів успішну агітацію за його кандидатуру на гетьманство серед запорожців. Наділений аналітичним розумом, хистом актора, оратора й публіциста, відзначався цілеспрямованістю, енергійністю, здатністю інтуїтивно відчувати настрої мас. Водночас був спритним інтриганом і цинічним демагогом. Чітко усвідомивши, що в тодішній розбурханій політичній ситуації Запорожжя залишилося єдиною авторитетною силою, за допомогою якої можна захопити владу в Україні, колишній гетьманський служка домігся обрання кошовим отаманом. а згодом «кошовим гетьманом». Вступивши в 1661 р. у боротьбу за гетьманську булаву, зумів створити собі імідж палкого поборника інтересів «черні» (називав її «святою») і борця за соціальну справедливість та громадянське примирення. Пропагована ним ідея скликання чорної ради знайшла цілковите схвалення з боку запорожців та незаможного козацтва, котрі горіли бажанням відібрати на ній у старшин посади й «доходи». Водночас І. Брюховецький постійно підкреслював свою вірність Росії, навіть пропонував царському уряду ліквідувати гетьманство. Йому вдалося заручитися підтримкою російського князя Г. Ромодановського, який з військом перебував на Лівобережній Україні, а також єпископа Методія. Своїх суперників І. Брюховецький ганьбив, обливав брудом, звинувачуючи в «зрадницьких» намірах. Врешті Москва завважила І. Брюховецького як найвигіднішого кандидата на гетьманство і забезпечила йому підтримку на виборах, керувати якими прибув князь Д. Великогагін.

На чорній раді 17-18 червня 1663 р. на околиці Ніжина в обстановці великої метушні, суперечок і кривавих сутичок запорожці нав'язали силове рішення, І. Брюховецький був проголошений гетьманом Лівобережної України. Його суперники були заарештовані й згодом страчені, а їхні прибічники вислані до Сибіру. На місце страченої й висланої старшини І. Брюховецький поставив своїх людей, які в жадобі збагачення й утисках народу перевершили своїх попередників. Обіцяні перетворення в інтересах низів суспільства не були проведені в життя. Гетьманську булаву І. Брюховецький намагався тримати за допомогою страху й жорстокостей, караючи найменший протест конфіскаціями, ув'язненнями й стратами. Популярність І. Брюховецького в суспільстві швидко падала. Цьому сприяла його відверто промосковська орієнтація. І. Брюховецький повів курс на зміцнення впливу Росії на Лівобережній Україні. Він відмовився взяти участь в чорній раді на Росаві для обрання єдиного гетьмана, зірвавши реалізацію програми П. Дорошенка. Першим із українських гетьманів у вересні-жовтні 1665 р. І. Брюховецький відбув державний візит до Москви, де йому за царським велінням було надано титул боярина, пожалувано у власність міста і села Шептаківської сотні й дозволено одружитися з дочкою князя Д. Долгорукого. Підписав Батуринські 1663 р. і Московські 1665 р. статті, які значно обмежили державні права Гетьманщини, зокрема, погодився на розміщення в козацькій державі 11,5 тис. московського війська на утриманні українського Державного Скарбу.

Політика І. Брюховецького викликала масове невдоволення українського населення. В цих умовах гетьман став потроху відходити від курсу на безумовну підтримку Росії і умов укладеного з нею договору. Він дистанціювався від заходів воєвод, почав шукати порозуміння із Запорожжям і обережно згуртовувати навколо себе незадоволених політикою Москви старшин, нарешті, ухилявся від дійових заходів проти покозачення селян і міщан.

Зрозумівши, що йому несила стримати хвилю народного гніву, і побачивши, що спалахи невдоволення загрожують перерости у великий виступ, І. Брюховецький зважився на круту зміну політичної орієнтації й очолив антимосковський рух. На поч. 1668 р. в гетьмана вже була сформована якісно нова політична програма. На зібраній 19 січня в Гадячі таємній старшинській раді він заявив про розрив з Росією і вигнання воєвод із залогами. Хоча не всі відразу повірили в щирість цих намірів, старшини підтримали гетьмана й склали взаємну присягу добиватися реалізації його програми. Майстерно провівши повстання, до середини березня 1668 р. змусив російські підрозділи майже без опору покинути територію України. У відповідь російські війська під командуванням Г. Ромодановського в другій половині квітня вторглися на Лівобережжя. В цій ситуації І. Брюховецький пішов на переговори з правобережним гетьманом П. Дорошенком, але відмовився віддати тому булаву. Загинув у таборі П. Дорошенка неподалік від Опішні, убитий юрбою. Похований у Гадячі, в Богоявленській церкві, в якій він був титарем.

Позитивною стороною діяльності гетьмана І. Брюховецького було впорядкування фінансових справ держави (в 1666 р. були скасовані усякі самовільні реквізиції й встановлені постійні податки), а також прагнення зміцнювати гетьманську владу й обмежити охлократію козацьких низів. Мав непогані полководницькі здібності, які виявилися у війні 1663-1664 рр. із правобережним гетьманом П. Тетерею і польськими військами. Деякі джерела приписують І. Брюховецькому перемогу над королем під Глуховим. Поваги заслуговує те, що І. Брюховецький спромігся переосмислити політичні погляди й набратися мужності виступити за незалежність України. Він першим проторував шлях, що його згодом повторив І. Мазепа. На думку деяких істориків, той факт, що у пам'яті свідомого українства постать І. Брюховецького посьогодні уособлює лакейське служіння Росії, тоді як І. Мазепа став символом служіння Батьківщині, є історичною несправедливістю.