ایوان پتروويچ پاولف در سال 1849 در شهر رزان در کشور روسیه به دنیا آمد. او بزرگ‌ترين فرزند در ميان 11 فرزند خانواده بود. پدرش کشیش جوان و فقیری بود که با باغبانی روزگار می‌گذراند و علاقه زیادی به کتاب و مطالعه داشت. ایوان نوشتن را در ۵ سالگی آموخت. در ۱۱ سالگی به مدرسه کلیسای رزان رفت، اما آنجا را رها کرد و در دانشگاه سن پترزبورگ به تحصیل علوم طبیعی پرداخت و در سال ۱۸۹۸ درجه دکتری دریافت کرد.

گرایش او به علوم طبیعی ناشی از اندیشه‌های روشن‌فکران انقلابی روس به ویژه پیسارف بود و کتاب «انعکاس‌های مغز» اثر آی.ام.سچنوف بنیان‌گذار فیزیولوژی روسیه که در آموزشگاه مذهبی خوانده بود به آشنایی او با پیشرفت‌های علمی آن زمان کمک زیادی کرد.

پاولف در دانشگاه اساتید برجسته‌ای داشت: مندلیف در شیمی معدنی، باتلروف در شیمی آلی و به ویژه آی.اف.تیسون در فیزیولوژی که کمک زیادی در تبدیل پاولف به بزرگترین دانشمند آزمایشگر زمان خود کرد. او در دانشگاه سن پترزبورگ فیزیولوژی حیوانی را به عنوان رشته اصلی و شیمی را رشته فرعی خود انتخاب کرد و نخستین تحقیق خود را درباره فیزیولوژی اعصاب لوزالمعده به انجام رساند.

پاولف در ۱۸۷۵ مدرک لیسانس خود را دریافت کرد. اما پیداکردن کار در رژیم تملق سالار تزاری برای او بسیار دشوار بود. تا اینکه در ۱۸۷۹ اس.پی. بوتکین از او برای کار در آزمایشگاه کلینیکش دعوت کرد. پاولف توانست ۱۱ سال در آن آزمایشگاه به طور مستقل به تحقیقات علمی خود بپردازد.

پاولف پس از انقلاب اکتبر در روسیه بسیار مورد احترام قرار گرفت و به کارهای علمی خود می‌پرداخت.

كتاب بازتاب‌هاي شرطي بررسي فعاليت فيزيولوژيكي قشر مخ كه به زبان روسي نوشته شده بود مجموعه سخنراني‌هايي است كه پاولف ابتدا در سال 1924 در دانشكده پزشكي ارتش واقع در سنت پترزبورگ ارائه كرد.

پاولف نوشتن كتاب‌ بازتاب‌‌هاي شرطي را با اشاره به كمبودهاي اطلاعات علمي آن زمان در مورد مغز شروع كرد. او از اين‌كه مبحث مغز در قلمرو روان‌شناسي قرار گرفته بود افسوس مي‌خورد و معتقد بود كه مغز بايد در حوزه فعاليت‌هاي فيزيولوژيست‌ها قرار بگيرد زيرا از نظر پاولف آن‌ها مي‌توانند اطلاعاتي را در مورد فيزيك و شيمي مغز ارائه كنند.

وي تصميم گرفت يك سري محرك‌ها را روي سگ‌ها آزمايش كند تا معلوم شود اگر ترشح بزاق يك واكنش خودكار نيست دقيقا چه چيزي موجب ايجاد چنين واكنشي مي‌شود؟ به هنگام تحقیق در مورد دستگاه گوارش سگ‌ها متوجه شد که بزاق دهان آن‌ها قبل از آوردن غذا ترشح می‌کند. او در خلال یک سری آزمایش‌ها، محرک‌های متعددی را قبل از در اختیار گذاشتن غذا امتحان کرد و سرانجام کشف کرد که سگ، پس از تداعی‌های مکرر، برای محرک‌های دیگر به جز غذا نیز بزاقش ترشح می کند. او این واکنش را واکنش شرطی نامید. پاولوف همچنین کشف کرد که منشاء این واکنش‌ها در قشر مخ قرار دارد.

فصل آخر كتاب بازتاب‌هاي شرطي درباره كاربرد روش پاولف روي انسان است. با توجه به اين‌كه قشر مخ انسان خيلي پيچيده‌تر از سگ است پاولف به اطلاعاتي كه در زمينه شرطي شدن به دست آورده بود خيلي اطمينان نداشت. اما شباهت‌هاي زير را در مورد انسان و سگ در كتاب خود آورده است:‌

شيوه آموزش ديدن، منضبط شدن يا پذيرش يك فرهنگ در انسان تفاوت چنداني با سگ ندارد. ما مي‌دانيم كه بهترين راه يادگيري هر چيزي انجام دادن آن به صورت مرحله به مرحله است،‌ همان‌طوركه بازتاب‌هاي شرطي سگ‌ها مرحله به مرحله اتفاق مي‌افتد و درست مانند سگ‌ها انسان‌ها مجبور مي‌شوند در حالي‌كه يك سري چيزها را ياد مي‌گيرند يك سري از آموخته‌هايشان را از ياد ببرند.

پاولوف به خاطر کارهایش بسیار مورد تشویق و تقدیر قرار گرفت که از آن جمله می‌توان به عضویت در آکادمی علوم روسیه در سال 1901 و دریافت جایزه نوبل فیزیولوژی در سال 1904 و كسب جايزه لژيون دونور از فرانسه در سال 1915 اشاره کرد. دولت اتحاد شوروی نیز پشتیبانی زیادی از کارهای پاولوف می‌کرد و این کشور به سرعت به صورت مرکز معتبری برای پژوهش‌های فیزیولوژی درآمد.

حاصل ازدواج او با سرافيما و اسيلييفنا كارچفسكايا در سال 1881 چهار فرزند بود كه يكي از آن‌ها فيزيك‌دان شد. زماني كه پاولف در سال 1963 در سن 87 سالگي از دنيا رفت هنوز در آزمايشگاه هايش مشغول به كار بود.