Иван Павлищев родился 11 (23) апреля 1889 года в Москве, в семье управляющего торговой фирмой. Детство и юность Ивана Николаевича прошли в Киеве.
Учился в Киевском университете одновременно посещая драматическую школу Е. А. Лепковского. Ещё будучи гимназистом, выступал на любительской сцене. Тогда же взял псевдоним Берсенев, так как под своей фамилией выступать не мог — гимназистам выход на сцену был запрещён. В пьесе «Рабочая слободка» Е. Карпова Берсенев играл роль Фёдора Ластовкина. В этой роли его увидел антрепренёр Киевского театра Соловцова Исаак Дуван-Торцов, который и пригласил его в свою труппу.
В 1907 году поступил на сцену в Киевский театр Соловцова, где работал под руководством Котэ Марджанишвили. Иван Николаевич оставил учёбу в университете и играл в театрах провинции (Одесса, Винница, Екатеринодар), в основном роли в амплуа героя. Первой ролью на сцене театра стала роль Родэ в пьесе А. П. Чехова «Три сестры».
В 1911 году поступил на сцену МХАТ.
В 1922 году Берсенев был приглашён в 1-ю Студию МХТ как актёр и член правления студии, которая в 1924 году была реорганизована в МХТ 2-й. Его возглавил Михаил Чехов, главным помощником стал Берсенев.
После решения Михаила Чехова в 1928 покинуть пост директора и художественного руководителя МХАТа 2-го, Берсенев назначен сначала заместителем директора, а потом директором и художественным руководителем театра.
Как режиссёр впервые выступил в 1925 году, поставив пьесу Н.Венкстерн "В 1825 году" (совместно с Б.Сушкевичем), в 1929 году вместе с А.Чебаном поставил пьесу А.Афиногенова "Чудак" (исполнил роль Горского), имевшую большой успех (более 500 представлений). Затем последовали "Униженные и оскорбленные" по Достоевскому (1932), "Часовщик и курица" И.Кочерги (1934, совм. с С.Бирман), "Мольба о жизни Деваля" (1935, с реж. Б.Нордом).
В 1936 году МХАТ 2-й был закрыт. Берсенев два года работал в Театре им. МОСПС как актёр и режиссёр.
С января 1938 по декабрь 1951 годы Берсенев — актёр и бессменный руководитель Театра им. Ленинского комсомола.
В кино Берсенев снимался мало. Его первая роль — в фильме "Слёзы" (реж. Е.Бауэр, 1914).
Занимался педагогической работой, с 1939 г. — профессор ГИТИСа..
В Москве жил в доме № 7 в Брюсовом переулке и доме № 5/7 в Камергерском переулке. Муж Софьи Гиацинтовой. Последние два года жизни, то есть до самой своей кончины, не оформляя официально развод, жил в гражданском браке с выдающейся русской балериной Г. С. Улановой.
Умер Иван Николаевич Берсенев 25 декабря 1951 года в Москве. Похоронен в Москве на Новодевичьем кладбище.