Исмаил Хан Нахичеванский родился 5 января 1819 года в семье правителя Нахичевани Эхсан Хана (1789—1846), перешедшего в подданство России. Получил начальное образование в Тифлисской дворянской гимназии. С юных лет под командованием отца, служил в «Коннице Кянгерлы». В 1837 году «Конница Кянгерлы» в качестве почётного конвоя сопровождала прибывшего на Кавказ императора Николая I. В составе почётного конвоя находился и 18-летний Исмаил Хан. В числе других конвойцев он был награждён императором серебряной медалью на ленте ордена Святого Владимира. Службу в российской императорской армии Исмаил Хан начал в 1839 году в Варшаве в Закавказском конно-мусульманском полку наибом (помощник командира сотни). «За отличие по службе» во время смотров и манёвров под Варшавой в 1840 году произведён в прапорщики 28 октября 1840 года. 27 декабря 1841 года Исмаил Хан был произведён в поручики, а 3 марта 1845 года штабс-капитан Исмаил Хан высочайшим приказом был назначен состоять по армейской кавалерии при Отдельном Кавказском корпусе. 19 сентября 1847 года он был назначен начальником «Конницы Кянгерлы». За отличие по службе 5 февраля 1853 года был произведён в капитаны.
16 октября 1853 года началась Восточная (Крымская) война. 10 ноября Исмаил Хан был назначен начальником Эриванской бекской дружины, вошедшей в состав Эриванского отряда русских войск. С 1 мая по 5 декабря 1854 года он был помощником командира 4-го конно-мусульманского полка. С 22 апреля по 5 июля принимал участие в боестолкновениях с противником в районе Игдыря, Караван Сарая, Оргова. 17 июля в составе Эриванского отряда под общим командованием генерал-лейтенанта барона Карла Карловича Врангеля, участвовал в разгроме 12 тысячного корпуса Селим-паши на Чингильских высотах и последующим занятии Баязета 19 июля. В дальнейшем участвовал в действиях в районе Абас-геля, Мысуна, Дутаха, Диадина, Кара-килиса, Алашкерта (Топрак-кала) и т. д. За боевые заслуги 4 августа 1855 года он был переведён в лейб-гвардии казачий Его Величества полк с переименованием в ротмистры, а 13 октября 1856 года был награждён орденом Святого Станислава 3-й ст. с мечами.
3 апреля 1860 года Исмаил Хан был произведён в полковники. 22 сентября 1867 года высочайшим приказом за выслугу в офицерских чинах 25 лет гвардии полковник Исмаил Хан был награждён орденом Святого Владимира 4-й степени с бантом. В январе 1868 года шахом персидским был пожалован орденом Льва и Солнца 2 степени со звездой. 28 сентября 1872 года «за отличие по службе» был награждён орденом Святого Станислава 2-й степени с императорской короной.
Исмаил Хан Нахичеванский прославился во время русско-турецкой войны 1877—1878 годов. 17 апреля 1877 года войска Эриванского отряда под общим командованием генерал-лейтенанта Арзаса Тергукасова, в составе которых находился и Исмаил Хан, перешли русско-турецкую границу и через Чингильский перевал вышли к Баязету. Турки, узнав о подходе больших сил русских войск, оставили крепость. 18 апреля Баязет был занят небольшим отрядом во главе с подполковником А.Ковалевским, командиром 2-го батальона 74-го пехотного Ставропольского полка 19-й пехотной дивизии. Ковалевский был назначен командующим войсками Баязетского округа. Основные же силы Эриванского отряда продолжили движение вглубь территории противника. 24 мая подполковника Ковалевского на посту командующего войсками округа сменил прибывший в Баязет с пополнением из двух рот 73-го пехотного Крымского полка той же дивизии подполковник Г. Пацевич. Комендантом крепости был назначен капитан Ф. Э. Штоквич.
5 мая 1877 года приказом главнокомандующего Кавказской армией великого князя Михаила Николаевича полковник Исмаил Хан был назначен командиром вновь формировавшегося Эриванского конно-иррегулярного полка. Полк вошёл в состав конно-иррегулярной бригады генерал-майора Келбали хана Нахичеванского, младшего брата Исмаил Хана. Бригада имела задачей прикрытие государственной границы от возможного вторжения неприятеля на территорию Эриванской губернии.
4-го июня генерал-майор Келбали хан, получив от подполковника Пацевича сведения о движении турок со стороны Вана к Баязету, обратился к начальнику Эриванского отряда генералу Тергукасову за разрешением отправить подкрепления гарнизону Баязета, однако получил отказ. На следующий день Пацевич сообщил Келбали хану, что турецкая конница рекогносцирует дороги к Баязету и запросил помощи. Келбали Хан вновь обратился к генералу Тергукасову за разрешением. На этот раз соответствующий приказ был получен. В тот же день, 5 июня, генерал Келбали Хан отправил в Баязет 3 сотни Эриванского конно-иррегулярного полка во главе с Исмаил Ханом. 6 июня подполковник Пацевич решил провести разведку, и выступил с двумя ротами пехоты под командованием подполковника Ковалевского и одной сотней казаков из крепости к Вану. Столкнувшись с многократно превосходящими войсками противника, отряд Пацевича, неся серьёзные потери, стал отходить к крепости. Был тяжело ранен и скончался на носилках подполковник Ковалевский. Создалась критическая ситуация. В этот момент к Баязету, после многочасового перехода, подошли сотни Эриванского конно-иррегулярного полка во главе с Исмаил Ханом. Со своими ещё необстрелянными бойцами Исмаил Хан вступил в неравный бой с превосходящими силами противника.
Из рапорта коменданта Баязета капитана Штокфиша (так в документе) Его Императорскому Высочеству Главнокомандующему Кавказской армией великому князю Михаилу Николаевичу от 4 июля 1877 года № 116:
Когда отступающая колонна, отстреливаясь, подходила к крепостным воротам, она оказалась заблокирована большим стадом ослов, гружёных сухарями, так как крепостной провиантмейстер решил перевести свои склады из города в цитадель именно в этот день. Произошла большая неразбериха под убийственным огнём противника, которая привела к тяжелым людским и материальным потерям — весь провиант, ослы, лошади казаков и милиционеров достались неприятелю. Несмотря на тяжёлые потери, уцелевшей части отряда Пацевича и остаткам сотен Исмаил Хана все же удалось отойти в цитадель под защиту крепостных стен. Гарнизон крепости состоял из шести рот пехоты, трёх сотен казаков, двух орудий и остатков Эриванского конно-иррегулярного полка. Всего, с учётом понесенных потерь, около 1300 человек. Цитадель не была подготовлена к осаде, так как комендант крепости не отдал своевременно распоряжений о создании запасов воды, а продовольственный склад гарнизона разместил в городе, и провизия доставлялась в цитадель по потребности. Осаждавшие отвели ручей, из которого в крепость по трубам поступала вода. Провизии оставалось не более чем на три дня. В таких условиях началась 23-дневная оборона крепости Баязет, длившаяся с 6 по 28 июня и вошедшая в историю как «Баязетское сидение». Из воспоминаний Исмаил Хана:
Уже на третий день блокады жара, жажда и голод начали приводить осаждённых в отчаяние. Офицеры и нижние чины собирались группами и обсуждали сложившееся положение. Начали раздаваться голоса с призывом к капитуляции. Из воспоминаний Исмаил Хана:
Молодой артиллерийский офицер, о котором вспоминал полковник Исмаил Хан, был командир 4-го взвода 4-й батареи 19 -й артиллерийской бригады поручик Николай Константинович Томашевский.
Утром 8 июня турки большими силами под командованием бывшего коменданта города Кямал Али-паши предприняли мощную атаку на цитадель. Поддавшись панике, подполковник Пацевич с согласия ряда других офицеров, в том числе и коменданта крепости Штоквича, принял решение о сдаче Баязета. Огонь был прекращён и над стенами крепости был поднят белый флаг. Исмаил Хан в это время находился у изголовья тяжело раненного сына, прапорщика Эриванского конно-иррегулярного полка Амануллы Хана Нахичеванского. О том, что над Баязетом поднят белый флаг, ему сообщил поручик Томашевский. Из воспоминаний Исмаил Хана:
С этого момента, по сути отстранив подполковника Пацевича, полковник Исмаил Хан Нахичеванский на правах старшего по званию, по собственной инициативе, вступил в командование гарнизоном Баязета. Стрельба возобновилась и одним из первых был смертельно ранен Пацевич, причём ранен он был в спину. По некоторым данным, выстрел был произведен одним из офицеров гарнизона. После того, как белый флаг был сорван и атака турок отбита, Исмаил Хан назначил войскового старшину 2-го Хопёрского полка Кубанского казачьего войска Олимпия Никитича Кванина своим помощником по приведению в исполнение всех распоряжений по обороне Баязета. Вступив в командование гарнизоном, Исмаил Хан Нахичеванский организовал оборону крепости и в тяжёлых условиях, без воды и провианта, удерживал её до подхода основных сил русской армии. Когда прибывший в цитадель очередной парламентёр, перебежавший к врагу после начала войны, заявил Исмаил Хану, что если гарнизон не капитулирует, то он будет перевешан, Исмаил хан ответил, что вначале будет повешен сам парламентёр, как изменник, и это приказание было немедленно выполнено. После снятия блокады с крепости из всех её защитников полковник Исмаил Хан Нахичеванский был удостоен самых высоких наград. Высочайшим приказом от 19 декабря 1877 года «за боевые отличия» он был награждён чином генерал-майора, а 31 декабря 1877 года «за примерную храбрость и распорядительность, оказанные во время блокады Баязета в июне 1877 года», удостоен ордена «Святого Великомученика и Победоносца Георгия IV степени».
28 октября 1890 года исполнилось 50 лет службы Исмаил Хана Нахичеванского в офицерских чинах. В этот день, юбиляром были получены многочисленные поздравления. Из телеграммы военного министра:
Из телеграммы Великого князя Михаила Николаевича:
14 июня 1908 года, в возрасте 89 лет, Исмаил Хан обратился с прошением об отставке к Николаю II. 18 августа 1908 года Император, принимая во внимание «весьма продолжительную и боевую службу генерал-лейтенанта Исмаил Хана» Высочайшим приказом произвёл его в генералы от кавалерии с увольнением от службы с мундиром и пенсией. За время службы Исмаил Хан стал Кавалером орденов Святого Георгия Победоносца 4-й ст., Святого Владимира 2-й ст., 3-ст., 4-ст. с бантом, Святой Анны 1-й ст., Святого Станислава 1-й ст., 2-й ст. с Императорской Короной, 3-й ст. с мечами. Ему было Высочайше разрешено принять и носить персидские ордена Льва и Солнца 1-й ст., 2-й ст. со Звездой, 3-й ст. Он был награждён многими медалями. Герой обороны Баязета генерал от кавалерии Исмаил Хан Нахичеванский скончался 10 февраля 1909 года в родном городе Нахичевань. На похоронах у изголовья генерала лежало 14 подушек с орденами
Личность Исмаил Хана недавно вновь привлекла к себе внимание после выхода телесериала «Баязет» по одноимённому роману Валентина Пикуля, где Исмаил хан был представлен как предатель, пытающийся сдать крепость врагу. Такая вольная трактовка исторических фактов вызвала протесты со стороны ряда российских историков.
Был женат первым браком на Ханым-Джан Ханум (около 1819 — ?), дочери главы Кенгерлинского племени Новруз Ага. Вторым браком был женат на Шовкет Ханум, дочери Аббас-Кули Хана Эриванского. Имел девять детей: