Начальное генетическое образование получил, выполняя дипломную работу в лабораториях Н. В. Тимофеева-Ресовского и Ж. А. Медведева в Институте медицинской радиологии АМН СССР (Обнинск), затем в лабораториях Н. П. Дубинина и А. П. Акифьева в Институте общей генетики АН СССР (Москва).
С 1971 года работал в Институте цитологии и генетики СО РАН, где с 1986 года возглавлял лабораторию молекулярной цитогенетики.
С 1993 по 2006 год читал курс лекций по общей и молекулярной генетике на факультете естественных наук НГУ.
С 2008 года член Президиума СО РАН.
С 2009 года — заместитель директора Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН, заведующий отделом молекулярной и клеточной биологии на правах филиала в ИХБФМ СО РАН. Отдел был образован в результате перевода ряда исследовательских лабораторий ИЦиГ СО РАН в ИХБФМ СО РАН.
С 2011 года - директор Института молекулярной и клеточной биологии СО РАН
Основные области научных интересов: организация политенных хромосом, структура и экспрессия генов, гетерохроматин, структура и организация генома.
Автор примерно 350 публикаций, среди которых 3 монографии о политенных хромосомах, которые затем были переведены и изданы в США издательством Academic Press, а также трёх изданий учебного пособия для вузов «Общая и молекулярная генетика».
Кроме того, И. Ф. Жимулев занимается исследованием орнитофауны окрестностей Новосибирского Академгородка.
Уход академика Жимулева из НГУ был связан с его негативной оценкой политики платного образования в университете, озвученной на заседании «круглого стола», посвященного изменению зонирования Академгородка, в Президиуме СО РАН 15 февраля 2007 года.