Иван Александрович Фомин родился в 1872 году в Орле, в семье почтового служащего. В 1876 году четырнадцатилетний Иван переезжает вместе с родителями в Ригу. Здесь он поступил в Александровскую гимназию, которую окончил в 1890 году. В этом же году он поступил в Московский университет на математический факультет. Во время учебы в университете наметилась тяга к искусству.
Проучившись три года, Фомин бросает учебу в университете — любовь к архитектуре была сильнее.
В 1893 году Фомин сдавал экзамены в Высшее художественное училище при Академии художеств в Петербурге, но из-за неподготовленности не выдержал экзамен по рисунку. Только год спустя, после упорного труда, он сдал экзамен и был принят на архитектурное отделение Академии.
Проучившись два года в Академии, Фомин в составе небольшой группы студентов в знак протеста против произвола администрации учебного заведения покидает Академию художеств и уезжает за границу. Там он пробыл целый год, знакомился с мировыми архитектурными памятниками и с новым направлением в архитектуре — модерном, которое возникло на рубеже XIX-XX веков.
Фомин возвращается на родину большим почитателем нового стиля в архитектуре. Он проектирует и строит несколько зданий в стиле модерн. Увлечение этим стилем было свойственно И. А. Фомину, как и другим архитекторам того времени. В дальнейшем он не любил вспоминать этот период своей архитектурной деятельности. В модерне его привлекали новые архитектурные формы, чувство современности, и это отразилось во всех его произведениях.
После возвращения из-за границы в Москву Фомин сдает экзамены на право производства строительных работ и начинает заниматься практической деятельностью.
Одновременно зодчий работает помощником у московского архитектора Л. Н. Кекумова, а затем у Ф. О. Шехтеля, который был виднейшим представителем течения модерн в русской архитектуре. Стиль модерн объединил двух архитекторов. Фомин помогал Шехтелю при проектировании особняка Рябушинского на Малой Никитской улице (ныне Музей-квартира М. Горького).
Следующая работа с Шехтелем — оформление интерьеров помещений и зрительного зала Московского Художественного театра. Как мастер интерьера Фомин выступал на выставке «Современное декоративное искусство», будучи ее организатором. На выставке были представлены мебель и убранство, выполненные по его рисункам.
Несмотря на увлеченность модерном, И. А. Фомин интересовался классической Москвой — Москвой архитектора Казакова. По мере знакомства с академической архитектурой классицизм увлекает его все больше и больше. Именно увлечение классицизмом подтолкнуло его завершить свое архитектурное образование.
В 1905 году Фомин переезжает из Москвы в Петербург, где снова поступает в Академию художеств, имея за плечами восьмилетний опыт работы, свой стиль, свое художественное восприятие. В Петербурге он продолжал работу над декоративным убранством и мебелью, воплотил в жизнь идеи, которые занимали его в Москве.
Одновременно Фомин участвовал в ряде конкурсов. Первой премией был отмечен его проект, представленный на Всероссийский конкурс памятников жертвам погрома в 1907 году в Одессе. Фомин участвовал в конкурсах на проект соборной мечети в Петербурге, на проект больницы имени Петра I и др.
В 1909 году И. Л. Фомин с отличием окончил Академию художеств. Наградой за это была командировка в Италию, Францию, Грецию и Египет.
По возвращении в Россию Фомин с 1911 по 1932 год жил в Петербурге на Съездовской линии Васильевского острова.
Занимался Фомин и исследовательской работой. По инициативе И. Э. Грабаря, зодчий начал работать над «Историей русского искусства». Интересные материалы, которые были найдены в архивах, навели Фомина на мысль об организации первой в России «Исторической выставки архитектуры». Выставка имела огромный успех, впервые широкая общественность имела возможность познакомиться с русской архитектурой.
В дальнейшем в своих произведениях Фомин стремился возродить лучшие традиции русского классицизма в архитектуре. Но это было не подражание творениям XVII-XIX веков, а первые шаги к началу воплощения его идей, взглядов на развитие архитектуры.
Фомина занимали проблемы градостроительства. В канун первой мировой войны он принимает участие в работе над проектом «Нового Петербурга» для застройки пустынного острова Голодай.
В 1915 году И. А. Фомин избирается академиком архитектуры. Это было признание его творчества.
Последующие семнадцать лет в творчестве Фомина, работавшего в период становления нового государства, условно молено разделить на три этапа: 1919-1928, 1928-1934, 1934-1936 годы.
Фомин принимает активное участие в многочисленных конкурсах, проводящихся в плане пропаганды монументального искусства. В этих конкурсных проектах наблюдалось движение от стиля модерн к новому стилю — конструктивизму, что было характерно для этого времени. В 1928 году Фомин выступил против сторонников конструктивизма, отрицавших архитектуру как искусство. Его выступление вызвало бурю негодования со стороны конструктивистов.
Архитектурный опыт Фомина был подвергнут незаслуженной критике.
В 1928 году Фомин переехал в Москву. Поводом для этого шага послужил принятый проект дома общества «Динамо», разработанный архитектором. Прибыв в столицу, Фомин сразу приступил к осуществлению своего проекта.
Дом общества «Динамо» совмещал в себе конторские помещения, кинотеатр на 1500 человек, столовую, клуб, большой универмаг и 120 квартир. Но осуществлена была только половина задуманного проекта. Монументальное здание расположено недалеко от Лубянской площади, с фасадами на Большую Лубянку, Фуркасовский переулок и Малую Лубянку. Этот дом хорошо знаком москвичам и гостям столицы.
Будучи новатором на всех этапах своего творчества, Фомин не мог оставаться в стороне от строительства Московского метрополитена. Две станции метро «Красные ворота» и «Театральная», как и другие работы архитектора этого времени, вызвали такой отклик современников: «… голос мастера звучит все свободнее и радостнее. Эти творения мастера служат достойным завершением его жизненного пути зодчего, творца и новатора».
12 июня 1936 года оборвалась жизнь архитектора И. А. Фомина. Он был похоронен на Новодевичьем кладбище.
