В октябре 1740 года в возрасте двух месяцев взошел на престол по завещанию Анны Иоанновны, которая стремилась сохранить трон за потомками своего отца — Ивана V, удалив от власти ветвь Петра I. Первым регентом императора-младенца был назначен Эрнст Бирон, а после его свержения — мать Ивана, Анна Леопольдовна. Во время ее регентства фактическими правителями страны являлись сперва фельдмаршал Миних, а затем — граф Остерман.
В ноябре 1741 года был низложен в результате гвардейского переворота. К власти пришла дочь Петра I — Елизавета Петровна. В отечественной истории считается символом трагической судьбы в борьбе за престол, так как после свержения почти всю свою жизнь провел в одиночном заключении. При этом узник знал о своем царском происхождении, был обучен грамоте, читал находившуюся в камере Библию и мечтал обрести покой в монастыре. За годы место заточения низложенного императора менялось.
С 1756 года после раскрытия заговора Ивана Зубарева, который намеревался возвратить на престол Иоанна Антоновича, был переведен в Шлиссельбургскую крепость, где содержался как «безымянный колодник». Там его посетили Петр III и его супруга Екатерина. При этом действующий монарх был в ужасе от состояния одежды узника и передал ему подарок — шлафрок, рубашки, колпаки, туфли и платки.
Во время переворота 1762 года, по указу Екатерины II, был на месяц отправлен в Кексгольм, а после восшествия императрицы на престол помещен обратно в Шлиссельбург. С годами как физическое, так и душевное состояние Иоанна ухудшалось. Его заточение становилось более жестоким. 5 (16) июля 1764 года, в начале царствования Екатерины II, он был убит стражей при попытке подпоручика Василия Мировича освободить его и провозгласить законным императором. После его смерти Екатерина II издала манифест, где назвала Ивана VI безумным и «незаконно в младенчестве определённым на престол».
Место захоронения Ивана VI не установлено, однако принято считать, что «известный арестант» был похоронен в Шлиссельбургской крепости.