И.П. Ермолаев родился в семье преподавателя. По окончании средней школы №19 г. Казани он поступил на отделение истории историко-филологического факультета Казанского государственного университета (КГУ) им. В.И. Ульянова—Ленина (1950—55), а затем — в аспирантуру по кафедре истории СССР КГУ (1955—58).
C 1958 г. (с небольшими перерывами) и по настоящее время Игорь Петрович работает в Казанском университете. В 1971—73 гг. он являлся заместителем декана истфилфака по научной работе, в 1973—80 гг. — проректором КГУ по учебной работе, в 1983—90 гг. — председателем Учебно-методической комиссии истфака, в 1989—99 гг. — заведующим кафедрой истории СССР досоветского периода (с 1992 г. — отечественной истории до XX века). С 1980 г. И.П. Ермолаев является членом Ученого совета истфака, а с 1994 г. – заместителем председателя Совета при КГУ по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора исторических наук. В 1999—2004 гг., во время подготовки празднования 200—летия Казанского университета, Игорь Петрович входил в состав оргкомитета и возглавлял юбилейную издательскую комиссию, которая подготовила более 150 изданий по истории университета и его современной научной и учебной деятельности.
Основным направлением научной деятельности И.П. Ермолаев избрал историю России, в частности Поволжья, в период позднего средневековья. Начало его исследований было посвящено классическому этапу работы ученого—историка — определению степени изученности темы, что нашло свое отражение в работе над кандидатской диссертацией «Проблема колонизации Среднего Поволжья в русской историографии (вторая половина XIX — начало XX вв.)» (1966; научный руководитель — профессор В.И. Писарев). Далее, при анализе комплекса источников по данной теме, И.П. Ермолаевым была определена важнейшая задача исторической школы Казани — выявление в значительной степени утраченного корпуса документов приказного делопроизводства и актового материала XVI—XVII вв. В результате предполагалось восстановление архивов Приказа Казанского дворца, органов местной администрации и частных актовых собраний. Реализация этой задачи стало важным достижением научной школы И.П. Ермолаева, так как вокруг ученого сформировался круг единомышленников — коллег и учеников, осознававших первоочередное значение данной работы. В ходе систематического фронтального просмотра подавляющего большинства изданий, посвященных периоду феодализма, анализа каталогов коллекций, архивных фондов и справочников был собран обширный комплекс сведений о сохранившихся источниках, составлен их хронологический перечень, и до сегодняшнего дня продолжается их введение в научный оборот. Книги «Казанский край во второй половине XVI—XVII вв.: Хронологический перечень документов» (1980), «Документы по истории Казанского края из архивохранилищ Татарской АССР (вторая половина XVI — середина XVII вв.» (1990), «Писцовая книга Казанского уезда 1647—1656 годов» (2001) и др. позволили И.П. Ермолаеву на широкой источниковой основе создать ряд фундаментальных работ, главной из которой стала диссертация «Среднее Поволжье во второй половине XVI—XVII вв.: Управление Казанским краем» на соискание ученой степени доктора исторических наук (1983).
Значительными работами И.П. Ермолаева последних лет стали монография «Становление российского самодержавия. Истоки и условия его формирования: Взгляд на проблему» (2004) и биографический словарь «Прошлое России в лицах (IX—XVIII вв.)».
Научные интересы Игоря Петровича не ограничены рамками отдельных исторических эпох, свидетельством чего является разработанное им учебное пособие «Историческая хронология» (1980; 2-е изд. перераб. — 2004), получившее гриф Минвуза СССР и используемое ныне в крупнейших вузах России.
Диссертации на соискание ученой степени кандидата исторических наук, защищенные под руководством И.П. Ермолаева.