Иванов родился на территории нынешнего Северного Казахстана в семье учителя.

Когда Всеволод был ребенком, он сбежал, чтобы стать клоуном в бродячем цирке. Его первый рассказ, опубликованный в 1915 году, привлек внимание Максима Горького, который консультировал Всеволода на протяжении всей его карьеры.
Иванов вступил в Красную Армию во время Гражданской войны и воевал в Сибири. Это вдохновило его рассказы "Партизаны" (1921) и "Бронепоезд" (1922). "Партизаны" были опубликованы в первом выпуске журнала "Красная новь", редактор которого, Александр Воронский, считал Иванова самым важным писателем, появившимся со времен революции, из-за его "жизнерадостности" и его изображения мира, "где все пропитано мощной, первобытной жизненной силой ... люди, как и окружающая их природа, изначально целостны и здоровы".
В 1922 году Иванов присоединился к литературной группе "Серапионовы братья". Среди других участников были Николай Тихонов, Михаил Зощенко, Виктор Шкловский, Вениамин Каверин и Константин Федин. Действие его первых романов "Цветные ветры" (1922) и "Лазурные пески" (1923) происходило в азиатской части России и положило начало жанру "остерн" в советской литературе.
В начале 1920-х годов он был одним из самых популярных писателей в Советском Союзе. Тринадцать его рассказов и три более объемных произведения были опубликованы в "Красной нови" под редакцией Воронского - больше, чем у любого другого писателя.
Его повесть "Малыш" была признана Эдмундом Уилсоном лучшим советским рассказом всех времен.
В 1927 году Иванов переписал свой рассказ "Бронепоезд 14-69" в пьесу. Спродюсированный Московским художественным театром, это была "первая постановка этого театра на строго советскую тему", в которой враги большевиков изображались в виде плаксивых карикатур, что вызвало предположение, что руководитель театра Константин Станиславский поставил это, чтобы угодить режиму и загладить вину за постановку "Дней Турбиных" Михаила Булгакова с ярким и сочувственным изображением офицеров Белой русской армии.
Пьеса была высоко оценена критиками-коммунистами и удостоена похвалы Иосифа Сталина, который сказал на собрании писателей в феврале 1929 года: "Он не коммунист, Всеволод Иванов ... но это не помешало ему написать хорошую статью, имеющую большое революционное значение. Ее образовательное значение неоспоримо ".
Но с конца 1920-х Иванов начал сильно пить и меньше писать, и, по мнению по крайней мере одного критика, "ничто из того, что он делал за последние четыре десятилетия своей жизни, не соответствовало по качеству или влиянию тому, что он написал за эти шесть лет" (до 1927 года)
Позже Иванов попал под огонь критики-коммунистов, которые утверждали, что его работы слишком пессимистичны и что неясно, красные или белые были героями.
В 1930-х годах он написал два романа: "Приключения факира" (1935) и "Пархоменко" (1938). Во время Второй мировой войны Иванов работал военным корреспондентом "Известий".
Во время Великой чистки он заявил о своей "творческой ненависти" к тем, кого обвиняли во врагах народа, спровоцировав Льва Троцкого, который ранее хвалил работы Иванова, описать его как "миниатюрного Горького" - "Не проститутка по натуре, он предпочитал молчать как можно дольше, но пришло время, когда молчание означало гражданское и, возможно, физическое уничтожение: пером этих писателей руководит не "творческая ненависть", а парализующий страх".
Его последним романом было Взятие Берлина (1945).
В 1953 году он опубликовал "Некоторые воспоминания", "Встречи с Максимом Горьким"
Его последняя работа состояла из путевых заметок, опубликованных незадолго до его смерти.
Сын Всеволода Вячеслав Иванов стал одним из ведущих филологов и индоевропейцев конца 20 века.
Всеволод усыновил внебрачного ребенка Исаака Бабеля Эммануила, когда женился на бывшей любовнице Бабеля Тамаре Кашириной.
Имя Эммануила было изменено на "Михаил Иванов", и позже он стал известным художником.