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. - министр 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. – помощник президента РФ (переназначен 13 июня 2018 г.).
Одновременно с 2012 г. является секретарем Государственного совета РФ.
В январе 2022 г. президент РФ Владимир Путин продлил срок федеральной государственной гражданской службы Игоря Левитина до 21 февраля 2023 г.
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 наблюдательного совета госкорпорации "Ростех" (с 2014 г.), 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.).
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).