Предок рода Васильчиковых, муж честен именем Интрис, а по крещении названный Леонтьем, выехал из Цесарии в 6861/1353 году с двумя сыновьями: Константином и Федором, и с ними дружины и людей их три тысячи мужей… Многия Васильчиковы Российскому Престолу служили в Боярах Стольниками, Воеводами и в иных чинах и жалованы были от Государей поместьями и другими почестьми и знаками монарших милостей».
Сын Екатерины Илларионовны, урожденной Овцыной (ок. 1754-30.11.1832), и графа (1831), князя (1839), председателя Государственного Совета и Комитета министров (1838–1847) Иллариона Васильевича Васильчикова (1774-21.02.1847). Отец И. И. Васильчикова, по словам барона М. А. Корфа «был единственный человек в России, который во всякое время и по всем делая имел свободный доступ… к своему монарху… Император Николай не только любил его, но и чтил, как никого другого». Именно по совету И. В. Васильчикова при подавлении восстания декабристов была применена картечь.
И. И. Васильчиков после окончания частного учебного заведения поступил унтер-офицером в лейб-гвардии Конный полк (31.01.1824), где в тот же день был повышен до юнкера (31.01.1824), позднее — корнета (12.08.1824).
14 декабря 1825 года в составе гвардейского корпуса действовал против мятежников и за это удостоился высочайшей благодарности. В следующем году вместе с полком находился в Москве на церемонии коронации Николая I. Во время русско-турецкой войны 1828–1829 годов служил адъютантом командира 1-го пехотного корпуса генерал-адъютанта П. П. фон дер Палена (06.01.1829) и был награжден орденом Святого Владимира IV степени (22.03.1830), затем прикомандирован к генерал-фельдмаршалу И. Ф. Паскевичу-Эриванскому (31.08.1830), возвратился к фон дер Палену (04.01.1831) перед началом Польского похода, в продолжение которого получил звания штабс-ротмистра (13.03.1831) и ротмистра (10.10.1831), а по окончании был вновь командирован на Кавказ к Паскевичу-Эриванскому (14.02.1832). Кавалер золотого оружия «За храбрость» (07.02.1832) и флигель-адъютант (12.09.1833).
28 сентября 1835 года был отправлен в Костромскую и Вологодскую губернии для наблюдения за первым частным рекрутским набором, после чего награжден орденом Святого Станислава III степени (06.12.1835). В феврале 1836 года проводил следствие о смерти еврея Л. Корецкого, удавленного единоверцами в синагоге в местечке Славута Волынской губернии. В сентябре того же года в Симбирске расследовал дело о жестоком обращении командира Симбирского батальона военных кантонистов, затем был направлен в Воронежскую и Тамбовскую губернии для наблюдения за рекрутским набором. В звании полковника (08.01.1837) летом 1837 года присутствовал на смотре в Ковно, затем в Тифлисе проводил следствие по делу бывшего командира Эриванского карабинерского полка князя Дадиани, а в октябре был командирован в Кубанскую провинцию для изучения бывших там возмущений.
В феврале 1838 года произвел следствие о подлоге в архиве Петербургского магистрата, за что получил высочайшее благоволение, в апреле отправился в Любек для следствия о пожаре на пароходе «Николай», затем на высочайший смотр в Варшаву, в октябре наблюдал за рекрутским набором в Виленской губернии, после чего получил орден Красного Орла. Летом 1839 года был послан в Симбирск для выяснения причин бывших там пожаров, после чего награжден орденом Святого Владимира III степени (01.09.1839). В 1840 году посетил Тамбовскую губернию по случаю неурожая, затем находился в комиссии для рассмотрения быта рабочих в Санкт-Петербурге. В августе 1842 года находился в Курске по случаю пребывания там императора, в 1844 году был командирован в Тверскую губернию для наблюдения за рекрутским набором, затем в Воронеж для наблюдения за формированием батальонов Кавказского корпуса. Генерал-майор свиты (07.04.1846). Кавалер ордена Святого Станислава I степени (06.12.1847).
Наконец, в последний день 1847 года был назначен на должность костромского военного и гражданского губернатора, но задержался в Костроме ненадолго и 9 апреля отправился губернатором в Волынскую губернию, где был награжден орденами Святого Георгия IV (26.11.1848) и Святой Анны I (05.09.1849) степеней, затем с 12 июля 1850 года исправлял должность киевского генерал-губернатора и был награжден орденом Святого Владимира I степени (21.09.1851), 30 августа 1852 года был утвержден в должности киевского военного генерал-губернатора и подольского и волынского губернаторов, а 24 октября был избран почетным членом киевского Императорского университета Святого Владимира. Одновременно с 24 ноября того же года го 21 апреля 1856 года управлял Киевским учебным округом и состоял в должности вице-президента Киевского тюремного комитета. 18 апреля 1855 год получил звание генерал-лейтенанта, 17 апреля 1857 года — орден Белого Орла, а 2 октября 1859 года — Святого Александра Невского. 23 апреля 1861 года был назначен членом Государственного Совета с оставлением в должности генерал-губернатора, а с 6 июля следующего года еще и командовал войсками Киевского военного округа.