Иван Ползунов учился в арифметической школе, после окончания которой в 1742 году был определен учеником к механику на одном из заводов Урала. Уже в двадцать лет Ползунов был специалистом в горнозаводском деле, и его перевели на колывано-воскресенские заводы Алтайского края. Здесь он получил должность гиттеншрейбера — смотрителя и учетчика при плавильных печах.
Свою деятельность в качестве конструктора-изобретателя Ползунов начинает с 1754 года, когда он конструирует и собирает вододействующую установку для нужд завода. Вскоре после этого он стал одним из руководителей завода. Все последующие оригинальные проекты И. И. Ползунова, направленные на облегчение труда заводского коллектива, не были претворены в жизнь и годами пылились в архивах.
В 1763 году природная склонность Ползунова к изобретательству и рационализации позволила ему разработать проект парового двигателя мощностью 1.8 л.с. Это был первый в истории двухцилиндровый двигатель с работой цилиндров на один общий вал. Проект послали Екатерине II, и она наградила изобретателя деньгами и повысила в чине на две ступени. В 1764-1766 годах Иван Иванович Ползунов сконструировал новый паровой двигатель мощностью 32 л.с, что позволило отказаться от водных колес в заводском производстве. Огромная концентрация и тяжкий труд от проделанной работы оказали губительное влияние на здоровье Ползунова: в 1766 году он умер от чахотки за неделю до пробного пуска машины. После запуска машина проработала около трех месяцев, и за это время принесла огромную прибыль. После поломки двигатель не стали ремонтировать и разобрали на части.
Имя Ползунова было забыто до тех пор, пока в 1974 году шотландец Джеймс Уатт не сконструировал новый вариант двигателя. Машина Уатта получила широкое распространение, но все же первую паровую машину создал ученый-самоучка на Алтае.
Имя изобретателя носит Алтайский государственный технический университет, рядом с ним установлен памятник Ползунову.