Иван Кожедуб родился в селе Ображиевка Глуховского уезда Черниговской губернии (ныне Шосткинского района Сумской области Украины) в семье крестьянина — церковного старосты.

В 1934 году Кожедуб окончил школу и поступил в химико-технологический техникум в городе Шостка.

Первые шаги в авиации сделал, занимаясь в Шосткинском аэроклубе. В начале 1940 года — поступил на службу в ряды Красной Армии и осенью того же года окончил Чугуевскую военную авиационную школу лётчиков, после чего продолжил в ней службу в должности инструктора.

После начала войны вместе с авиашколой был эвакуирован в Казахстан, город Чимкент. 23 февраля 1942 года Кожедубу было присвоено звание старшего сержанта. В ноябре 1942 года Кожедуб был откомандирован в 240-й истребительный авиационный полк 302-й истребительной авиационной дивизии, формирующийся в Иваново. В марте 1943 года в составе дивизии вылетел на Воронежский фронт.

Первый воздушный бой закончился для Кожедуба неудачей и едва не стал последним — его Ла-5 был повреждён пушечной очередью Мессершмитта-109, бронеспинка спасла его от зажигательного снаряда, а при возвращении самолёт был обстрелян советскими зенитчиками, в него попало 2 зенитных снаряда. Несмотря на то, что Кожедубу удалось посадить самолёт, полному восстановлению он не подлежал, и лётчику пришлось летать на «остатках» — имеющихся в эскадрилье свободных самолётах. Вскоре его хотели забрать на пост оповещения, но командир полка заступился за него.

В начале лета 1943 года Кожедубу было присвоено звание младшего лейтенанта, затем он был назначен на должность заместителя командира эскадрильи. Вскоре после этого, 6 июля 1943 года на Курской дуге, во время сорокового боевого вылета, Кожедуб сбил свой первый немецкий самолёт-бомбардировщик Юнкерс Ю-87. Уже на следующий день сбил второй, а 9 июля сбил сразу 2 истребителя Bf-109. Первое звание Героя Советского Союза Кожедубу (уже старшему лейтенанту) было присвоено 4 февраля 1944 года за 146 боевых вылетов и 20 сбитых самолётов противника.

С мая 1944 года Иван Кожедуб воевал на Ла-5ФН (бортовой № 14), построенном на средства колхозника-пчеловода Сталинградской области В. В. Конева. В августе 1944 года, получив звание капитана, он был назначен заместителем командира 176-го гвардейского полка и стал воевать на новом истребителе Ла-7. Второй медали «Золотая Звезда» Кожедуб был удостоен 19 августа 1944 года за 256 боевых вылетов и 48 сбитых самолётов противника.

К концу войны Иван Кожедуб, к тому времени — гвардии майор, летал на Ла-7, совершил 330 боевых вылетов, в 120 воздушных боях сбил 62 самолёта противника, среди них 17 пикирующих бомбардировщиков Ju-87, по 2 бомбардировщика Ju-88 и He-111, 16 истребителей Bf-109 и 21 Fw-190, 3 штурмовика Hs-129 и 1 реактивный истребитель Me-262.

Последний бой в Великую Отечественную, в котором он сбил 2 FW-190, Кожедуб провёл 17 апреля 1945 года в небе над Берлином. Третью медаль «Золотая Звезда» Кожедуб получил 18 августа 1945 года за высокое воинское мастерство, личное мужество и отвагу, проявленную на фронтах войны. Он был отличным стрелком и предпочитал открывать огонь на дистанции 200-300 метров, крайне редко сближаясь на меньшую дистанцию.

Иван Кожедуб ни разу не был сбит во время Великой Отечественной войны, и хотя его подбивали, он всегда сажал свой самолёт. На счету Кожедуба также есть и первый в мире реактивный истребитель, немецкий Ме-262, который он сбил 19 февраля 1945 года.

По окончании войны Кожедуб продолжил службу в ВВС. В 1949 году окончил Краснознамённую Военно-воздушную академию. В это же время он оставался действующим пилотом-истребителем, освоив в 1948 году реактивный МиГ-15. Во время войны в Корее с апреля 1951 по январь 1952 года командовал 324-й истребительной авиационной дивизией в составе 64-го истребительного авиационного корпуса. За это время лётчики дивизии одержали 216 воздушных побед, потеряв всего 27 машин (9 пилотов погибло).

Избирался депутатом Верховного Совета СССР II—V созывов, народным депутатом СССР.В 1956 году окончил Военную академию Генерального штаба. С июня 1962 по август 1963 год — командующий 76-й воздушной армией. В 1964—1971 — заместитель командующего ВВС Московского военного округа. С 1971 служил в центральном аппарате ВВС, а с 1978 года — в Группе генеральных инспекторов Министерства Обороны СССР. В 1970 году Кожедубу присвоено звание генерал-полковника авиации. А в 1985 году И. Н. Кожедубу присвоено воинское звание Маршал авиации.

Скончался 8 августа 1991 года. Похоронен на Новодевичьем кладбище в Москве.