Родился 7 марта 1906 года в селе Андроново Смоленской губернии, в крестьянской семье. Подростком Новосельцев отправился учиться в Духовщину, а затем в Смоленск, где в 18 лет окончил Смоленскую железнодорожную школу. Новосельцев увлекся театром и сам принимал участие в постановках местного отделения агитационного театра «Синяя блуза».

После школы Новосельцев делал карьеру в комсомоле. На протяжении четырех лет он занимал разные ответственные «политпросветительские» должности в селах и городах Смоленской и Брянской областей, в том числе возглавлял комсомольский отдел редакции газеты «Юный товарищ» и организовывал культмассовую работу в рабочем клубе города Бежица. В 1928 году Новосельцев был призван в армию, год он служил на флоте в Кронштадте. Затем возвратился в Бежицу и некоторое время работал военруком в местной школе-девятилетке. К этому моменту Новосельцев определился окончательно, чем хочет заниматься в жизни, и в 1930 году отправился в Москву и поступил в Московский центральный театральный техникум (будущий ГИТИС), который через месяц бросил: начинающего артиста позвали в фильм Всеволода Пудовкина «Простой случай». Но в конце концов роль досталась другому актеру.

В 1931 году Новосельцев снялся в своем дебютном фильме «Толедо» (другое название — «Университет»). По легенде, на московской улице, где проходили съемки фильма, Новосельцева заметила ассистент режиссера и предложила ему роль — он привлекал внимание своей яркой внешностью. Картина, рассказывавшая о борьбе студентов и преподавателей с «вредителями» в вузе, не привлекла широкого внимания и не сохранилась. Однако роль позволила Новосельцеву стать штатным актером фабрики «Межрабпомфильм».

По-настоящему талант артиста открыл Лев Кулешов, пригласивший Новосельцева на роль Джимми Валентайна в фильме «Великий утешитель». Эта работа не только сделала Новосельцева узнаваемым у широкой публики, но и позволила ему показать диапазон своих актерских возможностей: «замечательный актер Иван Новосельцев и вовсе обходится без всякой карикатурности, своего Джима с его с пружинной походкой, идеальным пробором, умными глазами и загадочно мерцающей полуулыбкой играя с видимым удовольствием и явной симпатией как этакого Остапа Бендера из штата Техас. Ирония, пронизывающая этот образ, — самая дружеская и ничуть не разоблачительная» (Ковалов О.А. Мышеловка. «Великий утешитель» // Искусство кино. 2009. № 8).

На протяжении нескольких лет после «Утешителя» Новосельцев играет главные роли — польского батрака Томаша в «Изменнике Родины» Ивана Мутанова; геолога Андрея Степанова в «Золотом озере» Владимира Шнейдерова. Снимается он и в ролях второго плана и эпизодах — лидер немецких рабочих-забастовщиков в «Рваных башмаках» Маргариты Барской, чекист в «Партийном билете» Ивана Пырьева.

Новосельцев серьезно работает над каждой ролью, критикует в печати практику съемок без репетиций и формальный подход к истолкованию образа актерами: «Мы, киноактеры, выступая в фильмах, делаем это менее добросовестно, чем колхозный кружковец. А ведь мы оперируем большими идеями и сильными эмоциями. Эта наша „недобросовестность“ перед зрителем, неполноценность нашего творчества вытекают из системы работы наших режиссеров ‹…› Не работая с актером, недооценивая значение актера, известная часть наших режиссеров подвержена монтажному фетишизму ‹…› эти шаманы, колдующие на ножницах и грушевой эссенции, берутся за все: плохую работу актеров, недостатки сценария, собственные ошибки и даже перерасходы по смете — „утрясти“, „порезать“ в монтаже».

Во второй половине 1930-х годов Новосельцев переезжает в Ленинград, попеременно снимется на «Ленфильме» и «Мосфильме». Играет летчика Богуна в фильме «Семеро смелых» Сергея Герасимова, командира отряда красноармейцев Журавлева в истерне Михаила Ромма «Тринадцать». Чаще всего актер играет героические роли, сильных людей, противостоящих враждебной силе, будь то лидер повстанцев Анжольрас в «Гавроше» Татьяны Лукашевич, глава погранотряда в «Морском посте» Владимира Гончукова или прораб Соловьев в «Комсомольске» Герасимова.

Персонажи Новосельцева в целом соответствовали расхожему образу борца-коммуниста, но каждый из них обладал своей психологией, своими характерными чертами. «Он принадлежал к такому типу актеров, какие не повторяются в силу своей индивидуальности, умения мыслить, вживаться в образ, соединяя свой человеческий темперамент, свой жизненный опыт с поступками и мыслями играемых образов, — вспоминала Тамара Макарова. — Это не типажность, а раскрытие, вернее, исследование человеческой натуры, вдумчивое и глубокое соединение собственной личности с воплощаемым образом. Тот пример авторства образа, когда духовная сила натуры открывает новые грани дарования».

Важной для Новосельцева стала роль секретаря парткома Хадарова в «Большой жизни» Леонида Лукова. Актер сыграл коммуниста-интеллигента, противостоящего демагогу и доносчику Усынину, делающему карьеру за счет травли неугодных ему специалистов.

Трижды актер перевоплощается в героического летчика: в «Буднях» Бориса Шрейбера, «Пятом океане» Исидора Анненского и короткометражке «Последняя очередь» Георгия Тасина, снятой уже после начала войны. Позднее Макарова замечала, что идеальной для Новосельцева могла бы стать роль космонавта.

Когда началась война, Новосельцев эвакуируется в Казахстан. В 1942 году он играет едва ли не первую свою отрицательную роль: военспеца-предателя Быкова в «Александре Пархоменко» Лукова.

Актер успевает сняться в нескольких новеллах «Боевых киносборников», в частности — в ролях сербского патриота и польского крестьянина под фашистской оккупацией.

18 октября 1942 года Новосельцев скоропостижно скончался в Киргизии на съемках фильма «Пропавший без вести» Владимира Брауна. Артист страдал диабетом, и ему не сумели или забыли привезти инсулин. Ранее, в том же 1942 году на фронте погиб родной брат Ивана Новосельцева, Андрей.

Андрей Гореликов