Родился 19 января 1917 года в селе Махровка Борисоглебского района Воронежской области, в крестьянской семье. Отец - Шатилов Семен Дмитриевич (ум. 1942). Мать - Шатилова Анна Семеновна (1894-1976). Супруга - Лаврова Капитолина Константиновна (1919 г. рожд.). Сын - Шатилов Александр Иванович (1946 г. рожд.). Дочь - Шатилова Татьяна Ивановна (1948 г. рожд.).

Окончив в 1934 году школу крестьянской молодежи, Иван поступил в Урюпинский сельскохозяйственный техникум. Получив диплом с отличием, он решил посвятить свою жизнь науке.

Осуществлению мечты помешала начавшаяся война. 29 июня 1942 года третьекурсник Тимирязевской сельхозакадемии Иван Шатилов был направлен на Западный фронт. Комсомольцы занимались строительством оборонительных сооружений в Смоленской области у реки Десны, где, по предположениям советских военачальников, должны были пройти войска вермахта.

Вернувшись в столицу, Иван Семенович успел проучиться только две недели, после чего академию эвакуировали в Самарканд, а из студентов организовали противотанковый истребительный батальон Тимирязевского района Москвы. В то время Красная Армия не обладала противотанковым вооружением, способным противостоять немецкой броне. Спасались подручными, порой самыми примитивными средствами. Новоиспеченных красноармейцев снабдили бутылками с горючей смесью и распределили на боевые расчеты по три человека в каждом.

Особенно тяжело было бойцам в зимнее время, когда приходилось часами мерзнуть в окопах. Так, на Волоколамском шоссе советские истребители танков пролежали в снегу на двадцатиградусном морозе около двух суток, с небольшими перерывами для приема пищи и обогрева. 9й полк 158й стрелковой дивизии, в составе которой находился батальон Шатилова, оборонял танкоопасные направления на подступах к Москве.

После битвы под Москвой, заставившей немцев повернуть на запад, советские войска начали наступление. В феврале 1942 года 158-ю стрелковую дивизию перебросили на Калининский фронт, на станцию Кувшиново.

Немцы встретили советские части упорным сопротивлением. В первом же бою дивизия понесла огромные потери. В первой атаке под пулеметами "юнкерсов" погибло около 40% личного состава. Этот день особенно запомнился Ивану Семеновичу. К тому времени батальон смогли обеспечить вооружением, и он представлял собой несколько минометных подразделений, приданных различным частям 158й дивизии. Сержант Шатилов с бойцами разгружали ящики с минами на огневых позициях. Однажды немецкая мина взорвалась в 2 метрах от красноармейцев. Но Ивану повезло - он уцелел.

Несмотря на трудности с боеприпасами, вооружением и техникой, войска Калининского фронта сумели освободить несколько деревень, оттеснив противника на запад. Бои становились все ожесточеннее. В сражениях под населенным пунктом Холмец из-за отсутствия транспорта сержанту Шатилову не раз приходилось на себе таскать ящики с минами к огневым позициям. Кроме того, была ощутима неполная укомплектованность частей личным составом. Все силы были направлены под Сталинград.

Последним значительным сражением для Ивана Семеновича стала операция по разгрому итальянской дивизии на реке Молодой Тут - притоке Волги, когда батальон с двумя приданными "катюшами" и артиллерийскими подразделениями своим огневым ударом обратили врага в бегство. За 3,5 часа боя от дивизии немецких союзников осталось несколько десятков военнослужащих, успевших переправиться на другую сторону реки. Этой победой советские войска перерезали направление Ржев - Рига.

Вскоре Шатилов в числе других призванных студентов был демобилизован для продолжения учебы. 3 месяца пробыв в Самарканде, Иван Семенович вместе с женой вернулись в Москву. В мае 1942 года академию перевели на старое место.

Шатилов закончил свое высшее образование в 1944 году, получив диплом с отличием. Выпускника оставили в Мичуринской сельхозакадемии в качестве аспиранта. Из-за нехватки специалистов Иван Семенович работал на полставки ассистентом.

Защитив в 1947 году кандидатскую диссертацию, он стал ассистентом, а через 3 года получил должность старшего научного сотрудника на полевой станции академии.

В 1956 году Шатилова назначили доцентом, а в январе 1961 года - проректором Мичуринской академии по научно-исследовательской работе.

Во времена "лысенковского процесса" Иван Семенович, будучи уже ректором сельхозакадемии, принадлежал к числу ученых, составлявших оппозицию Хрущеву и Лысенкову, по своему неведению предлагавших провести необратимые и пагубные для всего сельского хозяйства мероприятия в области агрономии.

По личным признаниям Шатилова, он в те времена "спал с открытыми глазами", чувствуя грозившую ему опасность: как ректор академии, он отказался визировать план, по которому предполагалось разделить старейший сельскохозяйственный институт страны, обладающий колоссальной научно-исследовательской базой, на отдельные институты, организованные на основе факультетов в различных областях СССР. Однако вскоре Хрущев был смещен с поста главы государства.

В 1967 году докторская диссертация Ивана Шатилова была признана Высшей аттестационной комиссией лучшей работой по сельскому хозяйству. К тому времени Иван Семенович уже 3 года являлся вице-президентом Всесоюзной академии сельскохозяйственных наук имени Ленина и председателем Всероссийского отделения ВАСХНИЛ.

Не раз выдающегося ученого приглашали на международные конференции и съезды, посвященные сельскому хозяйству. На всемирном конгрессе по увеличению производства зерна, проходившем в 1970 году в Дрездене, Иван Шатилов поразил ученую общественность докладом на тему "О программировании высоких урожаев".

В 2000 году в Кембриджском университете проходил международный съезд ученых, на котором имя Шатилова было названо в числе 130 выдающихся исследователей. За свою трудовую жизнь Иван Семенович подготовил около 400 научных работ в виде монографий и публикаций в отраслевых журналах; является соавтором учебника растениеводства для сельскохозяйственных вузов; оказал помощь 17 докторам сельскохозяйственных наук, многие из которых уже стали академиками; на базе опытных станций организовал 9 научно-исследовательских институтов, ряд из которых функционируют до сих пор.

На пенсии с 1993 года. До 2001 года продолжал читать лекции в Мичуринской сельхозакадемии.

Герой Социалистического Труда И. С. Шатилов награжден тремя орденами Ленина, орденом Октябрьской Революции, двумя орденами Трудового Красного Знамени, орденами Отечественной войны II степени, "За заслуги перед Отечеством" III степени, болгарским орденом Кирилла и Мефодия, медалями "За оборону Москвы", "За победу над Германией" и другими.

Живет в Москве.