Родился 21 февраля 1952 г. в пос. Цебриково Одесской области Украинской ССР (ныне Украина).
В 1973 г. окончил Ленинградское высшее командное училище железнодорожных войск и военных сообщений им. М. В. Фрунзе (ныне Военный институт железнодорожных войск и военных сообщений Военной академии материально-технического обеспечения им. генерала армии А. В. Хрулёва). В 1983 г. получил диплом Военной академии тыла и транспорта (ныне Военная академия материально-технического обеспечения им. генерала армии А. В. Хрулёва) по специальности "инженер путей сообщения".
Кандидат экономических наук. В 2008 г. в Российском государственном университете инновационных технологий и предпринимательства (в 2014 г. вошел в состав Московского государственного университета технологий и управления им. К. Г. Разумовского) защитил диссертацию по теме "Государственно-частное партнерство в механизмах оценки инновационного потенциала развития объектов транспортной инфраструктуры".
В 1973-1994 гг. служил в Железнодорожных войсках Вооруженных сил СССР, затем РФ. С 1973 по 1976 г. проходил службу на Приднестровской железной дороге в Одесском военном округе.
В 1976–1980 гг. служил в Южной группе советских войск в Венгрии.
С 1983 по 1985 г. занимал пост военного коменданта железнодорожного участка и станции Ургал на Байкало-Амурской магистрали.
В 1985–1994 гг. на Московской железной дороге был военным комендантом участка, начальником отдела воинских перевозок, позднее – заместителем начальника военных сообщений.
В апреле 1994 г. Игорь Левитин уволился с военной службы и перешел на работу в Финансово-промышленную компанию железнодорожного транспорта, где в 1995 г. занимал пост вице-президента. Позднее был сотрудником одесской транспортно-экспедиторской компании "Феникс транс сервис".
С 1996 по 2004 г. работал в ЗАО "Северстальтранс" (позднее группа "Н-Транс", до 2007 г. дочерняя структура ОАО "Северсталь-групп"). С 1998 г. был заместителем генерального директора компании, курировал направления транспортного машиностроения, железнодорожных перевозок и работу морских портов. Как представитель ЗАО "Северстальтранс" избирался в совет директоров ОАО "Туапсинский морской торговый порт".
В декабре 2003 г. в качестве представителя "Северстальтранса" принял участие в совещании по вопросам развития транспортного машиностроения на Коломенском тепловозостроительном заводе, которое провел президент РФ Владимир Путин.
С 9 марта 2004 г. был министром транспорта и связи в правительстве Михаила Фрадкова (ведомство было образовано в результате слияния министерств по связи и информатизации и транспорта). С 20 мая 2004 г. по 21 мая 2012 г., после выделения Министерства по связи и информатизации РФ в отдельное ведомство, занимал пост министра транспорта в кабинетах Михаила Фрадкова, Виктора Зубкова и Владимира Путина. При Левитине прошел основной этап реформы железнодорожного транспорта в России - часть грузовых перевозок от ОАО "РЖД" была передана частным компаниям, запущен процесс формирования самостоятельных компаний-операторов пригородных и пассажирских перевозок, создано Федеральное дорожное агентство (Росавтодор) - единый исполнительный орган, управляющий автодорожным хозяйством РФ.
С 2009 г. - доцент, с 2011 г. - профессор кафедры "Менеджмент качества" Института пути, строительства и сооружений Московского государственного университета путей сообщения.
В октябре 2010 г. после отставки мэра Москвы Юрия Лужкова Игорь Левитин входил в список из четырех кандидатов (вместе с Сергеем Собяниным, Валерием Шанцевым, Любовью Швецовой) на пост главы столицы, предложенный президиумом генсовета партии "Единая Россия" президенту РФ Дмитрию Медведеву. 15 октября 2010 г. глава государства внес кандидатуру Сергея Собянина в Мосгордуму для утверждения на пост мэра Москвы.
В 2012 г. Игорь Левитин перешел на работу в Администрацию президента РФ Владимира Путина. C 21 мая 2012 г. по 2 сентября 2013 г. занимал должность советника главы государства. С 2 сентября 2013 г. по 14 мая 2024 г. – помощник президента РФ.
В 2012-2024 гг. также был секретарем Государственного совета РФ.
14 мая 2024 г. вновь назначен советником главы государства. Одновременно занял пост специального представителя президента РФ по международному сотрудничеству в сфере транспорта, в сфере его компетенции правовое обеспечение прокладки международных транспортных коридоров.
С 13 августа 2024 г. - заместитель председателя Морской коллегии РФ.
Игорь Левитин является заместителем Совета при президенте РФ по развитию физической культуры и спорта (с сентября 2013 г.).
Входит в состав Совета при президенте РФ по стратегическому развитию и национальным проектам (с июля 2018 г.).
Член попечительского совета Российского футбольного союза (с 2019 г.).
Президент Европейского союза настольного тенниса (с 2020 г., приостановил руководящие функции 3 марта 2022 г.). Первый вице-президент Олимпийского комитета России (с 29 мая 2018 г.).
Был членом Экономического совета при президенте РФ (2013-2018).
Возглавлял советы директоров ОАО "Аэрофлот" и ОАО "Международный аэропорт Шереметьево" (2008-2011). Входил в состав советов директоров ОАО "РЖД" (2004–2008), ОАО "Объединенная авиастроительная корпорация (ОАК)" (2008-2010), Новороссийского морского торгового порта (с 2015 г.), наблюдательного совета госкорпорации "Ростех" (2014-2024).
Являлся президентом (2006-2008), председателем попечительского совета (с 2008 г.) Федерации настольного тенниса России.
Полковник запаса.
Действительный государственный советник РФ I класса (2013).
Награжден орденом "За заслуги перед Отечеством" III и IV степеней (2012, 2009), медалями "За развитие железных дорог" (2008), П. А. Столыпина II степени (2010). Отмечен Почетной грамотой (2007) и благодарностью (2009) правительства РФ.
Имеет орден Дружбы (Армения, 2008).