Он родился в семье солдата, который был родом из нынешнего города Туринска. В 1742 г. Ползунов закончил Горнозаводскую школу в Екатеринбурге, где он учился у главного механика уральских заводов Н. Бахарева. Известно, что Бахарев показал Ползунову способы решения механических задач, то, как строятся и действуют водоподъемные, рудоподъемные и другие машины на горных заводах, а также заводские цеха. Ползунов также обучался в словесной и арифметической школе при Екатеринбургском заводе.
С января 1748 г. Ползунов работал на Алтае, где в Барнауле получил должность гиттеншрейбера (он заведовал книгами, куда записывали привозимые в завод руды, уголь, а также все железные и чугунные вещи). Ползунов определял, какая руда, уголь и флюс необходимы для плавки в той или иной печи. В то же время, будущий изобретатель познакомился и со способом плавки руды в печах. Ползунов познакомился с трудами М. В. Ломоносова и изучал устройство паровых машин.
11 апреля 1750 г. Ползунов был произведен в младший шихтмейстерский чин с увеличением оклада до 36 рублей в год. Это произошло по постановлению одного из крупнейших знатоков горнозаводского дела того времени Самюэля Христиани. Христиани, должен был обучить Ползунова так, чтобы тот «..мог быть достоин к производству в обер-офицерский ранг». Согласно тому же постановлению, если Ползунов успешно завершит обучение, то ему будет «определен» «определен старший унтершихтмейстрерский оклад, и сверх того повышением чина оставлен не будет».
26 июня 1750 г. младший унтершихтмейстер Ползунов получил задание проверить, правильно ли выбрано место на реке Чарыше для пристани и описать дорогу до Змеиногорского рудника. Там в то время скопилось много руды, которую не успевали вывозить. Осмотрев место для пристани, Ползунов прошел с мерной цепью до самого рудника, обозначив всю трассу «кольями» и даже наметил места для ночевки обозов в рудой – «зимовья». По результатам этой поездки Ползунов «учинил» чертеж с подробным описанием той дороги, который до сих пор хранится в Государственном архиве Алтайского края.
На Алтае Ползунов впервые проявил себя и как изобретатель. Он принял активное участие в постройке новой лесопилки близ плотины. Это было одно из наиболее технически сложных сооружений того времени. От водяного колеса осуществлялась передача к двум лесопильным «рамам» и «саням», которые распиливали бревна. Механизм передачи представлял собой комплекс нескольких движущихся деталей: кулачковой передачи, зубчатой, валов, кривошипов, шатунов, храповых колес и канатных воротов. Это было первое заводское сооружение, возведенное под его руководством.
Однако самое главное изобретение Ползунова появилось в апреле 1763 г. Именно тогда он представил проект своей «огненной» машины. Ползунов сообщил в то время своему отцу о намерении «огонь слугою к машинам склонить», чтобы «плавильные печи действовать могли не вододействующими колесами, но огненною машиною чрез посредство воздуха и паров, происходящих от варения в котле воды, приставленными к тому цилиндрами с прочими механическими членами». Считается, что источником, из которого Ползунова стало известно о паровых двигателях, стала книга И. В. Шлаттера «Обстоятельное наставление рудокопному делу». А необходимые знания о природе теплоты, свойствах воды, воздуха и пара Ползунов получил из трудов М. В. Ломоносова.
Ползуновым был создан в первый в мире проект теплового поршневого двигателя, непрерывность работы которого обеспечивалась за счет двух цилиндров. Ползунов также спроектировал новую паровую установку мощностью 32 лошадиных силы для воздухоснабжения группы печей. Двигатель, созданный Ползуновым, должен был приводить в действие центральную заводскую воздуходувную установку – меха, от которых по трубам воздух шел к печам. В январе 1764 г. эта установка была построена и в ней впервые было применено автоматическое регулирование поддержания постоянного уровня воды в котле (поплавковый датчик уровня воды).
В декабре 1765 г. состоялось первое испытание машины Ползунова, а в августе 1766 г. она уже была пущена в действие. Общее время полезной работы машины составило 1023 часа, за это время было получено «серебра 14 пудов 38 фунтов (244, 88 кг 72, 5222 гр ) 17 золотников 42 доли (72,5 гр 1866 миллиграмм ), золота 14 фунтов 22 золотника 75 долей (6 кг, 93,84 гр, 3332.6 миллиграмма ».
В настоящее время имя Ползунова носит Алтайский государственный технический университет. Знаменитому изобретателю в центре Барнаула, где он когда-то служил, поставлен памятник. А в Екатеринбурге, уральской столице, есть колледж имени И. И. Ползунова. На здании колледжа до сих пор можно увидеть мемориальную доску, посвященную этому выдающемуся изобретателю.
