Роден е на 1 май 1907 г. в София. След ранната смърт на майката през 1917 г. баща му Симеон Иванов Дуйчев с тримата си невръсни сина се премества в гр. Белоградчик, където открива малка  железарска работилница, той бързо се налага като активен гражданин и общественик и е избиран за председател на Подофицерското дружество и на Занаятчийското дружесво в града и член на Русенската търговско-индустриална камара, но през 1949 г. е изселен от Белоградчик по политически причини. Иван Дуйчев има още двама братя,  доц. Йордан Симеонов Дуйчев/1912-1966/виж отделна статия/ и ас. Георги Симеонов Дуйчев/1909-      /виж отделна статия/, както и доведена сестра Людмила Боева/1927- ?/, репресирана също след 9.9.1944 г. и изселена от Белоградчик през 1949 г.

Иван Дуйчев завършва основното си образование в Белоградчик, а средно в гимназии в София, Белоградчик и Лом. По спомени на негови връстници и в ученическите, и в студентските си години е преживявал в мизерия и нищета, като сам да се е грижил за издръжката си. През 1928-1932 г. е студент по история в СУ“Св. Климент Охридски“, а след това за кратко учителства в едно врачанско село. От 1932 г. до 1934 г. спечелвайки стипендията на името на „Марин Дринов“ специализира  византология в университета „Ла Сапиенца“ в Рим, Италия при проф. Силвия Меркати и защитава докторската си дисертация на тема „Българските Асеневци във Ватикана“. През 1935-36 г. специализира архивистика във Ватиканската школа по палеография. Завръщайки се в България е назначен за асистент, а от 1939 г. след спечелен конкурс и за доцент по средновековна българска история в СУ. Чете лекции по българска, балканска и византийска история. През 1941 г. по време на окупацията от българските войски в Беломорска Тракия посещава Македония и Гърция, а за известно време е и преводач с италиански език към българската армия, поради което след войната е подложен на репресии и от 1945 г. до 1949 г. е отстранен от университета. През 1950 г. става първо като нещатен, а по късно и като щатен старши научен сътрудник в Института за балканска история към БАН. През 1967 г. става професор, а през 1981 г. академик.

Бил е ръководител на Семинара по българска история/1939-1944/ и по история на източните народи/1943-1944/, завеждащ секция Научна информация, библиография, документация и научен архив в Института по история на БАН/1968/, член на Международната комисия за издаване на изворите за история на Византия, на Главнана редакционна комисия на реперториума на историческите извори за средновековието в Рим/1955/, на Академията на науките, изкуствата и литературата в Палермо/1967/. Професор-гост в центъра по византология в Дъмбъртън ОУКС – Вашингтон/1969-70/. Редовен член на Академията на науките в Неапол/1975/. Почетен член на Британската академия на науките/1976/. Чете лекции в Англия, Гърция, Испания, Италия, Полша, Румъния, САЩ, СССР, Франция, Германия, Чехословакия и Югославия.

Акад. Иван Дуйчев има над 600 научни труда и е превеждан на 15 езика. По значимите му произведения са – „Из старата българска книжнина“ кн. I /1941/, кн. I /1944/, „Преписката на папа Инокентия с българите“/1942/, „Рилският светец и неговата обител“/1947/, „Миниатюрите на Манасиевата летопис“/1962/, „Летописа на Константин Манаси“/1963/, „Болонски псалтир“/1968/, „Българско средновековие“/1972/, „Пътеки от утрото“/1985/, „Лекции по архивистика“-посмъртно    /1993/ и  др.

През 1972 г. му е присъдено званието Заслужил деятел на науката, а през 1977 г. Народен деятел на науката. Носител е на Хердеровата награда за научни постижения/1974/.

Владее и ползва италиански, латински, руски, френски и английски език.

Умира на 24 април 1986 г. в София.

След смъртта му по негова и на съпругата му воля къщата му в София е дарена на СУ и в нея се помещана Центъра за славяно-византийски изследвания „Проф. Иван Дуйчев“.