Родители — Павел Николаевич Натансон и Вера Яковлевна Раппапорт (племянница С. Ан-ского). Окончил Ленинградский университет (1929), ученик Григория Фихтенгольца. С 1930 г. преподавал, вместе с Леонидом Канторовичем и Дмитрием Фаддеевым, в Ленинградском институте промышленного строительства, с 1934 г. заведовал кафедрой в Ленинградском институте точной механики и оптики. Доктор физико-математических наук (1937), профессор (1939). В 1943 г. в эвакуации в Барнауле начал работать в Ленинградском инженерно-строительном институте. В 1957 г. перешёл в Ленинградский университет, с 1960 г. заведовал кафедрой математического анализа.
Автор монографий «Теория функций вещественной переменной» (1941, 4 переиздания) и «Конструктивная теория функций» (1949), научно-популярных книг «Простейшие задачи на максимум и минимум» (1950) и «Суммирование бесконечно малых» (1953), учебника «Краткий курс высшей математики» (1963, множество переизданий).
Профессором математики был также сын И. П. Натансона Гаральд Исидорович Натансон (1930—2003).
