Родившийся 4 (17) ноября 1901 года в селе Камень Барнаульского уезда Томской губернии (теперь город Камень-на-Оби, Алтайский край), Иван Пырьев в свои два года потерял отца, который погиб в 1904 году в драке. Мать отправилась на заработки, и молодой Иван оказался в воспитании деда-старообрядца Осипа Комогорова. С восьми лет он помогал по хозяйству, пас овец, а также учился в церковно-приходской школе.
В возрасте 11 лет он переехал к матери в Мариинск, но после конфликта с отчимом покинул дом. Иван скитался, зарабатывал на жизнь, работая поваром, помощником в колбасной лавке, торговцем папиросами в поездах и продавая газеты.
В конце 1915 года, будучи едва подростком, он присоединился к воинским эшелонам и отправился на фронт. Поучаствовав в боевых действиях, он был дважды ранен и удостоен Георгиевскими крестами 3-й и 4-й степеней. В мае 1918 года Пырьев заболел тифом, но после выздоровления вступил в ряды Красной армии. Он служил сначала рядовым, затем политруком, а в 1920 году был направлен в Екатеринбург в качестве агитатора в политотдел 4-й железнодорожной бригады.
Параллельно с военной службой, Иван учился в театральной студии Губпрофсовета, где встретил и подружился с Григорием Александровым, став одним из организаторов Уральского Пролеткульта.
В Екатеринбурге Пырьев играл небольшие роли в профессиональной драматической труппе под псевдонимом «Алтайский». В конце лета 1921 года, после гастролей Третьей студии МХАТ, он и Александров отправились в Москву.
С 1921 года Пырьев служил актером в 1-м Рабочем театре Пролеткульта, где его учителями были Михаил Чехов и Сергей Эйзенштейн. Из-за разногласий по поводу постановки «На всякого мудреца довольно простоты» он покинул театр и самостоятельно ставил спектакли в клубах, пока его не пригласил Всеволод Мейерхольд.
В 1923 году Иван Пырьев окончил актерское отделение Государственной экспериментальной театральной мастерской (ГЭКТЕМАС) Мейерхольда, а затем учился на режиссерском отделении той же мастерской, освоив азбуку театральной условности. До 1925 года он играл в Театре Мейерхольда, исполнив, в частности, роль Алексиса Буланова в пьесе «Лес», а затем покинул его.
В 1925 году Пырьев начал свою карьеру в кинематографе, работая ассистентом и помощником режиссеров, таких как Юрий Тарич и Евгений Иванов-Барков, на кинофабриках «Госкино», «Пролеткино» и «Союзкино».
В 1929 году Иван Пырьев дебютировал в качестве режиссёра с киносатирой «Посторонняя женщина», основанной на сценарии Николая Эрдмана и Анатолия Мариенгофа. Затем последовали сатирическая комедия «Государственный чиновник» (1931) и антифашистский фильм «Конвейер смерти» (1933).
Пырьев планировал экранизацию «Мёртвых душ» с участием Михаила Булгакова, Дмитрия Шостаковича и Всеволода Мейерхольда, но отказался от проекта после публикации статьи «Сумбур вместо музыки» в «Правде».
В 1936 году он снял фильм «Партийный билет», но попал под критику и перешёл на Киевскую киностудию. Там он снял деревенские кинокомедии, начиная с «Богатой невесты» (1937), которая стала популярной благодаря лозунгу «Жить стало лучше, жить стало веселее». Его жена, Марина Ладынина, исполнила главные роли во многих фильмах.
Фильмы Пырьева, такие как «Трактористы» (1939), «Свинарка и пастух» (1941), «В 6 часов вечера после войны» (1944), «Сказание о земле Сибирской» (1947), «Кубанские казаки» (1949), пользовались популярностью, но также принесли ему репутацию «лакировщика» действительности.
В эвакуации в 1941 году Пырьев работал в Алма-Ате и затем в Центральной объединённой киностудии. В последние месяцы Великой Отечественной войны он выезжал на 2-й Украинский фронт для организации документальных съёмок.
В 1950—1960 годах Пырьев снял экранизации произведений Достоевского, такие как «Идиот» (1958), «Белые ночи» (1959), «Братья Карамазовы» (1968). Его последний фильм был завершён после его смерти в 1968 году.
Иван Пырьев умер 7 февраля 1968 года на 67-м году жизни во сне, вернувшись со съёмок «Братьев Карамазовых». Медицинское освидетельствование выявило шесть инфарктов, перенесённых во время работы. Его похоронили на Новодевичьем кладбище в Москве (7 участок).
