Прославлен в лике святых Русской Православной Церкви в 2000; память — 23 августа по юлианскому календарю и в Соборе новомучеников Российских.
Окончил Ставропольскую духовную семинарию (1887).
С 28 октября 1894 — законоучитель гимназии в городе Елисаветполе (ныне — Гянджа). С 11 августа 1896, одновременно, секретарь педагогического совета гимназии.
С 1897 — законоучитель 1-й Тифлисской женской гимназии Великой княгини Ольги Феодоровны, настоятель домовой гимназической церкви во имя святой равноапостольной княгини Ольги.
С августа 1898 — законоучитель 1-й Тифлисской мужской классической гимназии. В 1900 в населённом сектантами районе Тифлиса при его активном участии открылись три церковноприходские школы, в которых училось до трехсот человек. Вскоре число школ возросло до восьми. Кроме того, участвовал в учреждении в городе отдела Общества ревнителей русского исторического просвещения в память императора Александра III.
С 22 декабря 1900 — епархиальный наблюдатель церковноприходских школ и школ грамоты. За три последующих года под его руководством число школ в епархии удвоилось. Число учащихся через несколько месяцев достигло пятисот человек, 20 % из них составляли дети сектантов. С 6 января 1901 — протоиерей.
С 13 февраля 1901, одновременно, редактор журнала «Духовный вестник Грузинского Экзархата». В августе — октябре 1901 находился в командировке в городе Урмия (в Персии), занимался обозрением дел Российской православной духовной миссии и ревизией состоящих при миссии школ. В этот период к православию происходило присоединение персидских сиро-халдеев, исповедовавших несторианство.
В августе 1905 был направлен обер-прокурором Святейшего Синода в поездку для ознакомления с нуждами духовно-учебных заведений Иркутской, Забайкальской и Приамурской епархий.
С 25 января 1906 — проповедник-миссионер с правами противосектантского епархиального миссионера, в связи с чем переехал в Москву. Во время служения в Московской епархии был одним из ближайших соратников митрополита Владимира (Богоявленского). В 1906 посетил Самарскую и Симбирскую епархии, знакомясь с состоянием там церковных школ.
Являлся одним из организаторов 4-го Миссионерского съезда, проходившего в Киеве в июле 1908, где его избрали председателем Отдела по организации мер борьбы с социализмом, атеизмом и противоцерковной литературой. Сделал доклад на тему: «Проповедь социализма и успех ее среди учащейся молодежи и, главным образом, среди рабочих». Автор большого количества работ, посвящённых критике социалистических и коммунистических учений. По его словам, «раз социализм отрицает Бога, душу, бессмертие, свободу духовную в человеке, постоянные правила нравственности, то он должен обратиться к единственному средству воздействия на человека — к насилию».
В 1908 совершил поездку по Дальнему Востоку, где занимался проповедью среди крестьян-переселенцев. Инициатор создания и, с января 1909, товарищ председателя Братства Воскресения Христова, созданного для организации духовного окормления русских переселенцев (председатель — митрополит Владимир (Богоявленский)). В течение первого года существования силами Братства было создано 25 проповеднических и 3 миссионерских кружка для подготовки священников для работы с переселенцами. В 1909—1910 организовал в Москве пастырско-миссионерские курсы по подготовке священников и учителей для создаваемых в переселенческих районах приходов и школ. В 1912 были организованы пастырско-миссионерские курсы в Хабаровске и Тобольске, в 1913 — в Иркутске и Ташкенте.
C 9 сентября 1909 — настоятель Князе-Владимирской церкви при Московском епархиальном доме.
В 1909 совершил поездку по восьми переселенческим епархиям для определения порядка открытия в них новых приходов и школ, построения церквей и школьных зданий. Кроме того, совершил инспекцию Пекинской духовной миссии и православных церквей в Северной Маньчжурии, ознакомился с состоянием миссионерского дела в Японии и Корее. В 1910 объехал Туркестан от персидской границы до северных пределов Сырдарьинской области, посетил Семиреченскую и Семипалатинскую области. В июле-августе того же года участвовал в работе Общесибирского миссионерского съезда, проходившего в Иркутске.
С 1910 — руководитель Высших Богословских женских курсов в Москве, в 1913 преобразованных в Женский миссионерский институт. С 1911 — заведующий псаломщическими курсами в Москве для приготовления псаломщиков в епархии Сибири и Дальнего Востока.
С 31 мая 1913 — настоятель Покровского собора на Рву (храма Василия Блаженного). Избирался председателем Московского Столичного Совета благочинных.
Был одним из самых известных православных проповедников своего времени. Иоанн Кронштадтский высоко оценивал его деятельность, говоря, «что это дивный человек, обладающий необыкновенным красноречием, что это Златоуст, что он может великую пользу принести России». Почётный член Казанской духовной академии (1909).
Одновременно занялся политической деятельностью, став одним из виднейших деятелей монархического движения. Вступил в Русскую монархическую партию (РМП), стал членом московского отдела Союза русского народа (СРН; до 1908). Издавал газеты «Церковность», «Русская земля», журнала «Верность». Участвовал во Втором и Третьем Всероссийских съездах русских людей.
С 1907 — председатель Русской монархической партии, переименованной затем в Русский монархический союз, возглавлял Русское монархическое собрание.
Во время конфликта в русском черносотенном движении между главой Союза русского народа Александром Дубровиным и руководителем Русский народный союз имени Михаила Архангела (РНСМА) Владимиром Пуришкевичем поддержал второго. В связи с этим в 1908 стал членом Главной Палаты РНСМА, а в 1909 был исключён из СРН.
В 1909 выступил одним из инициаторов проведения Пятого Всероссийского съезда русских людей в Москве, в работе которого участвовали также митрополит Владимир (Богоявленский), архимандрит Макарий (Гневушев), протоиерей Епифаний Кузнецов (будущий епископ Селенгинский Ефрем), иеромонах Нестор (Анисимов), Владимир Пуришкевич и ряд других церковных и светских монархических деятелей. Почётным председателем съезда был епископ Серафим (Чичагов). Это мероприятие должно было способствовать объединению всех крайне правых политических сил, но лишь закрепило раскол в их рядах — СРН съезд проигнорировал.
В 1913, после того, как Синод запретил священнослужителям заниматься политической деятельностью, покинул руководящий пост в Русском монархическом союзе, а в 1915 — и Главную Палату РНСМА.
Политическая деятельность Иоанна Восторгова подвергалась резкой критике со стороны либеральной общественности, а также и части черносотенных деятелей, обвинявших его, в частности, в уголовных преступлениях — например, в убийстве жены (которая в то время была ещё жива). Позднее обвинения не подтвердились, но они стали одной из причин того, что в 1916 отец Иоанн не был хиротонисан во епископа (другой причиной мог стать конфликт с Григорием Распутиным). Также Восторгов обвинялся правыми же политическими конкурентами в отравлении правого политического деятеля П. А. Крушевана, раскрадывании сумм монархических организаций. Особенно активно выступал в правой прессе против Иоанна Восторгова с обвинениями в различных преступлениях консервативный публицист Н. Н. Дурново.
А. В. Богданович, жена известного правомонархического деятеля Е.В.Богдановича, записала в своем дневнике (ссылаясь на правого политического деятеля Б.В.Никольского) по поводу расследования убийства депутатов Государственной Думы Г. Б. Иоллоса и М. Я. Герцентштейна: „…поднимут дело об убийстве Иоллоса, а кем он был убит? Подготовил для него убийц протоиерей Восторгов, убит был Иоллос, как и Герценштейн, на деньги Столыпина.“ .
После падения монархии, без благословения Московского митрополита Макария (Невского), собрал 7 марта (20 марта) 1917 года под своим председательством Московский Столичный Совет Благочинных, для принятия постановления: «1) Единогласно и вседушевно, во имя пастырского и патриотического долга, подчиниться Временному Правительству и последовавшим в этом направлении распоряжениям Высшей Церковной власти. 2) Приветствовать со всею радостью заявление Обер-прокурора св. Синода В. Н. Львова о новом направлении церковной жизни, в смысле полного невмешательства Церкви и её служителей, как таковых, в их церковно-пастырской деятельности, в политический строй страны. <…> 8) Настоящее постановление, ввиду временного отсутствия в Москве Митрополита, привести во исполнение без утверждения Митрополита и сообщить всем Преосвященным Викариям, Духовной Консистории, всему духовенству Москвы <…>». Посчитал необходимым от себя лично выступить в печати с разъяснением своей политической позиции, написав, в частности, следующее: «Отчего в старом строе в епархиальной жизни всё было придавлено? Оттого, что и епископы, и Синод были в рабстве.»
В 1917 году состоял секретарём Миссионерского Совета при Святейшем Синоде.
Участник Всероссийского Поместного собора 1917—1918. После прихода к власти большевиков резко критиковал их деятельность в своих проповедях, призывал православных немедленно объединяться в «дружины пасомых» для защиты церкви.
30 мая 1918 года был арестован в своей квартире вместе с епископом Селенгинским Ефремом (Кузнецовым), своим давним знакомым, который с началом смуты не смог вернуться в свою Иркутскую епархию; был обвинён в том, что дал согласие на продажу епархиального дома, к тому времени уже национализированного новой властью. 8 июня 1918 года в газете «Известия» появилась статья «Коммерческая сделка патриарха Тихона, протоиерея Восторгова и Ко». Содержался во Внутренней тюрьме ВЧК, затем в Бутырской тюрьме.
После убийства Урицкого и покушения на Ленина большевистской властью был объявлен красный террор и по всей советской России начались бессудные казни заложников; в числе первых жертв оказался и протоиерей Иоанн Восторгов: 4 сентября 1918 года Следственная комиссия Революционного Трибунала при ВЦИКе постановила ликвидировать дело отца Иоанна во внесудебном порядке. Публично расстрелян 5 сентября 1918 года в Петровском парке, вместе с епископом Ефремом, а также бывшим председателем Государственного Совета Щегловитовым, бывшими министрами внутренних дел Маклаков и Хвостовым и сенатором Белецким. После расстрела тела всех казнённых (до 80-ти человек) были ограблены.
Погребён на Ходынском поле в Москве.
По рассказу одного из очевидцев,
В августе 2000 года протоиерей Иоанн Восторгов был причислен к лику святых Юбилейным Архиерейским Собором в составе Собора святых новомучеников и исповедников Российских.