Ученик руководителя кафедры истории Ставропольского государственного педагогического института профессора В. А. Романовского (1890—1971).
И. Я. Фроянов родился в семье кубанского казака, командира Красной армии, репрессированного в 1937 году, реабилитированного в 1957 году.
После прохождения военной службы в 1955—1958 годах И. Я. Фроянов поступил на исторический факультет Ставропольского педагогического института . С 1963 года он обучался в аспирантуре исторического факультета Ленинградского государственного университета. В 1966 году защитил кандидатскую, в 1973 году — докторскую диссертацию. С 1966 года работал на историческом факультете ЛГУ (СПбГУ). С 1982 по 2001 год — декан исторического факультета, а с 1983 по 2003 год — заведующий кафедрой истории России. Председатель диссертационного совета СПбГУ по таким специальностям, как отечественная история, всеобщая история (древний мир, средние века, новое и новейшее время) и историография, источниковедение и методы исторического исследования.
Ученик профессоров В. А. Романовского и В. В. Мавродина, представитель ленинградской (санкт-петербургской) исторической школы.
Игорь Яковлевич Фроянов доказывает доклассовый и общинный характер общественного и государственного строя Древней Руси.
В своей докторской диссертации и вышедшей на её материале книге «Киевская Русь. Очерки социально-экономической истории» он отказался от господствовавшего в советской историографии представления о классовом и феодальном характере Руси и показал, что в древней Руси крупное частное землевладение было развито слабо и базировалось на труде рабов, а не феодально зависимых людей, которых среди всего населения было чрезвычайно мало (часть смердов). При этом в книге 1974 года он воздержался от прямой оценки общественного строя Руси IX—XIII веков как феодального или рабовладельческого, а в книге 1980 года «Киевская Русь. Очерки социально-политической истории» прямо заявил о дофеодальном характере древнерусского общества.
Согласно концепции И. Я. Фроянова, население Киевской Руси было свободным и непосредственно участвовало в управлении государственными делами на вечевых собраниях. Территориальная община решала вопрос о власти, призывала и изгоняла князей. Таким образом, государство на Руси возникло до разделения общества на классы.
Концепция И. Я. Фроянова была новой, и во многом не соответствовала официальной доктрине о возникновении государства в обществе, в котором появились классы, и с теоретическими построениями многих советских историков старшего поколения, что вызвало сначала игнорирование его книги, а затем волну критики в его адрес. После того, как И. Я. Фроянов стал деканом исторического факультета Ленинградского университета, стало невозможно не замечать его публикаций, и его противники предъявили историку ряд обвинений: отступление от марксизма, отход от столбовой дороги отечественной историографии, непонимание древнерусских текстов. Из-за противодействия третья книга декана исторического факультета, посвящённая вопросам историографии, не могла быть опубликована в университетском издательстве вплоть до 1990 года.
С критикой концепции Фроянова в советское время выступали академики С. Л. Тихвинский и Б. А. Рыбаков, член-корреспондент АН СССР В. Т. Пашуто, доктор исторических наук М. Б. Свердлов.
Борис Комиссаров, доктор исторических наук, профессор, утверждал, что Фроянов — «национал-коммунист, ксенофоб, антисемит», что «он искренне верит, что, по крайней мере, в последние три века Россия является жертвой мирового антирусского заговора, и согласно своим теоретическим воззрениям он и управляет факультетом», обвинял его в диктатуре.
10 января 2001 года 137 российских учёных и деятелей культуры опубликовали в «Вестнике Санкт-Петербургского университета» письмо-обращение к ректору университета академику Людмиле Вербицкой, в котором утверждали, что результатом деятельности Фроянова является глубокий кризис на возглавляемом им историческом факультете. Авторы обвиняли Фроянова в изоляции истфака с целью сохранения личной власти и изгнании неугодных сотрудников. В письме было написано, что «на связи с мировой наукой положен негласный запрет… патриотизм подменен ксенофобией и антисемитизмом. Налицо стремление превратить процесс преподавания в политическую агитацию».
В апреле 2001 года Учёный совет университета отказал И. Я. Фроянову в продлении его деканских полномочий. 26 июня 2003 года он был освобождён от заведования кафедрой русской истории. Диссертационный совет под его руководством был ликвидирован.
В свою очередь, российский историк Михаил Флоринский, сотрудник факультета, возглавлявшегося Фрояновым, обвинил «либерально-масонские СМИ» в «травле учёного», а ряд членов Союза писателей России подписал коллективное обращение к учёному совету университета с просьбой отменить решение об отставке историка, где связал это решение с «тотальной войной», которую «западники, либеральные интеллигенты… кормящиеся из западных источников силы» объявили «всей русской истории, нашим достояниям и победам»