Родился 29.12.1920 г. в с. Воронцово-Александровском, ныне в г. Зеленокумск Ставропольского края в семье крестьянина. Русский. Член ВКП(б) с 1943 г.
В 1939 году окончил Ашхабадский педагогический техникум. Работал в школе учителем в пгт. Кара-Кала Туркменской АССР. В Красной Армии с 1939 г. Призван Ашхабадским ГВК. В 1942 году окончил Тамбовскую военную школу пилотов.
На фронтах Великой Отечественной войны с августа 1942 года. Командир эскадрильи 165-го гвардейского штурмового авиационного полка (10-я гвардейская штурмовая авиационая дивизия, 17-я воздушная армия, 3-й Украинский фронт) гвардии капитан Павлов к марту 1945 г. совершил 133 боевых вылета на штурмовку живой силы и техники противника.
18 марта 1945 года самолёт Павлова был сбит над территорией Венгрии, взорвался при падении. Раненный лётчик был взят немцами в плен. Командование полка считало его погибшим, посмертно представило Павлова к званию Героя Советского Союза за проведённые им к тому времени 133 успешных боевых вылета на штурмовку, бомбометание и воздушную разведку, во время которых нанёс врагу большие потери.
8 мая 1945 года Павлов был освобождён из лагеря военнопленных в Загребе советскими войсками.
Из наградного листа:
«Тов. Павлов с декабря 1942 г. беспрерывно участвовал в боях на фронтах Великой Отечественной войны по разгрому немецких захватчиков. Этой священной задаче – освобождению человечества от немецко-фашистского ига, тов. Павлов отдал свою молодую, полную энергии, боевого и патриотического пафоса – жизнь. Прибыв в полк старшим сержантом на должность летчика – Павлов вырос до гвардии капитана-командира авиаэскадрильи. За период своей боевой работы тов. Павлов совершил 133 успешных боевых вылетов на самолете ИЛ-2 на разведку, бомбометание и штурмовку живой силы и техники противника. За проявленные при этом образцы мужества и отваги награжден трижды орденами «Красное Знамя» и медалью «За боевые заслуги».
В дни напряжённых боевых действий на Курской Дуге, при форсировании реки Днепр, на Ясско-Кишиневском направлении, при освобождении столицы Югославии города Белград и при дальнейшем продвижении наших войск на запад, тов. Павлов является самым активным воздушным бойцом. В эти дни напряженной боевой работы он делал по 3-4 боевых вылета в день, показывая образцы мужества, доблести и геройства, заражая своей энергией своих боевых товарищей.
Каждым своим боевым вылетом тов. Павлов наносил урон фашистским войскам, тем самым успешно содействовал благоприятному исходу операций в нашу пользу.
03.03.43 г. тов. Павлов, будучи ведущим звена, штурмовал наступающие немецкие войска на город Белгород. При наличии явно неблагоприятной погоды и интенсивного огня ЗА противника, звено отлично выполнило боевое задание. При выходе из атаки звено подверглось нападению 8-ми истребителей противника. Завязался ожесточенный воздушный бой, но благодаря хорошей технике пилотирования, умению маневрировать Павлов, приняв правильное решение, сумел своим звеном сумел отбить атаку истребителей противника. Звено благополучно приземлилось на своем аэродроме. Командование наземных войск дало восторженный отзыв звену Павлова о проведенном воздушном бое и донесло, что в этом штурмовом налете немцы понесли большие потери в живой силе и технике, было сорвано предпринятое немцами наступление на данном участке.
05.03.43 г. Павлов в составе 2-х Ил-2 получил ответственное задание на «охоту» и разведку. При отсутствии благоприятной погоды, задание было выполнено отлично. В момент возвращения самолет Павлова и его ведомого были атакованы 2-мя истребителями противника. Павлов принял воздушный бой, героически отразил все атаки фашистских истребителей и мощным прицельным огнем подбил один фашистский истребитель, после чего Павлов со своим ведомым благополучно вернулись на свой аэродром и доставил командованию ценные данные о противнике.
16.07.43 г. при выполнении боевого задания самолет Павлова был подбит ЗА противника. Продолжать полет было невозможно, Павлов, рискуя жизнью, перетянув линию фронта, сел на вынужденную посадку, посадил самолет на колеса и полностью сохранил материальную часть.
11.08.43 г. при выполнении боевого задания в составе 8-ми самолетов Ил-2 по уничтожению живой силы и автомашин противника в районе Ахтырка группа была атакована 2-мя истребителями противника. Павлов на подбитом над целью самолете отстал от группы. Два фашистских истребителя пошли на него в атаку. Создалось очень угрожающее положение. Павлов не растерялся, храбро вступил в бой и, искусно маневрируя, направил огонь своих пушек и пулеметов по истребителям противника. В результате чего один фашистский истребитель был подбит и с дымом отклонился в сторону, другой же, видя такое положение, вышел из боя. Самолет Павлова больше повреждения не получил и вернулся на свою базу.
23.09.44 г. немецко-венгерские войска в оврагах севернее и северо-восточнее Турда, сосредоточив до батальона мотопехоты и до 5 батарей самоходной артиллерии, пытались перейти в контратаку с фланга наступающим нашим частям. Высланная группа из 6-ти Ил-2 Павлова, не смотря на наличие до 3-х батарей ЗА и МЗА, обнаружила эту группировку, произвела 3 захода и группой уничтожала живую силу и технику врага. Принятыми мерами наземного командования на основании разведданных Павлова и от штурмовых действий его группы контратака противника была сорвана.
17,18,19 января 1945 г. противник из района Сотин танками и мотопехотой, под прикрытием сильного огня ЗА и МЗА, повел наступление на участке 1-й Югославской Армии в направлении Товарник и Шид. В эти дни Павлов, неоднократно летая парой-четверкой, делал по 5-6 заходов на цель, всегда точно находил цель и, расходуя весь боекомплект патронов, снарядов и бомб, наносил большие потери в живой силе и технике врага. Своей смелостью и геройством он всегда воодушевляет на подвиги весь летный состав своей эскадрильи.
18.03.45 г. севернее населенного пункта Валково немецкие войска, при поддержке артиллерии и больших танковых групп, перешли в наступление. Тов. Павлов получил задание со своей группой 6 Ил-2 громить наступающую живую силу и технику врага и содействовать срыву этого наступления. Группа 6 Ил-2 вылетела на штурмовку танковой колонны и артиллерии противника, стремившихся прорвать нашу оборону. Несмотря на интенсивный зенитный огонь ЗА и МЗА противника – группа тов. Павлова, делая по 3-4 захода на цель, своим бомбовым ударом подбила 2 танка, уничтожила 4 самоходных орудия, подавила огонь 3 точек ЗА, уничтожила и рассеяла большое количество живой силы врага. На третьем заходе над целью тов. Павлов взорвался в воздухе от вражеского снаряда и героически погиб.
За успешное производство 133 боевых вылетов, мужество и отвагу, проявленные при выполнении боевых заданий, уничтожение живой силы и техники противника и за жизнь, отданную за свободу и независимость нашей Родины достоин присвоения посмертно звания «Герой Советского Союза»».
Звание Героя Советского Союза гвардии капитану Павлову Ивану Дмитриевичу было присвоено 18 августа 1945 года с вручением ордена Ленина и медали «Золотая Звезда».
Был также награждён тремя орденами Красного Знамени, орденом Отечественной войны I ст., Красной Звезды, медалями.
После войны продолжал службу в ВВС. С 1958 г. полковник Павлов находился в запасе. Проживал в Ульяновске. Работал диспетчером в аэропорту.