Родился 8 ноября 1907 года в селе Козловка ныне Спасского района Пензенской области в семье крестьянина. Русский. Окончил 7 классов.
Работал председателем Комитета взаимопомощи. В рядах Красной Армии с 1929 года.
Окончил курсы младших лейтенантов. Член ВКП(б)/КПСС с 1939 года.
На фронтах Великой Отечественной войны с июля 1942 года. В 1943 году окончил курсы
«Выстрел». В боях был дважды ранен. С февраля 1944 года командовал 385-м стрелковым полком. Полк считался лучшим в дивизии, был награжден двумя орденами и получил почетное наименование.
В ходе Висло-Одерской стратегической наступательной операции, имея приказ стремительным броском выйти к Одеру, полк Ульянова быстро продвигался на запад, обходя крупные узлы обороны и нарушая коммуникации врага. Однако с обоих флангов соседние полки отстали. В этих условиях полковник Ульянов принял решение продолжать наступление и форсировать Одер, пока враг не сумел организовать оборону по западному берегу реки. Полк был окружен врагом, но командир организовал круговую оборону и отразил все атаки.
Когда стемнело, мощным ударом на запад было прорвано кольцо окружения. Используя показания пленных и трофейные карты, полковник Ульянов приказал двигаться через густой лесной массив, где немцы не могли организовать преследование.
Совершил менее чем за двое суток 120-километровый марш, полк 26 января 1945 года форсировал Одер в районе населенного пункта Домбзен (Польша). Был захвачен плацдарм на западном берегу реки. Там полк закрепился и трое суток в полном окружении отражал атаки врага до подхода главных сил армии.
Успешные действия полка Ивана Ульянова дали возможность форсировать Одер другими частями армии.
За образцовое выполнение боевых заданий командования на фронте борьбы с германским фашизмом и проявленные при этом отвагу и геройство Указом Президиума Верховного Совета СССР от 10 апреля 1945 года командиру 385-го Висленского орденов Богдана Хмельницкого 3-й степени и Александра Невского стрелкового полка 112-й Рыльско-Коростеньской Краснознаменной орденов Суворова и Кутузова стрелковой дивизии 13-й армии 1-го Украинского фронта, полковнику Ульянову Ивану Федосеевичу присвоено звание Героя Советского Союза.
Воевал до Дня Победы. Отличился в Нижне-Силезской, Берлинской и Пражской операциях в 1945 году.
После Победы продолжал командовать полком до марта 1946 года. В 1947 году окончил годичные Курсы усовершенствования офицерского состава при Военной академии имени М.В. Фрунзе.
Служил в частях Сибирского военного округа. В 1953–1954 годах командовал 40-м дисциплинарном батальоном Сибирского военного округа в Новосибирске.
С 1965 года полковник И.Ф. Ульянов – в запасе. Жил в Новосибирске.
Награжден двумя орденами Ленина, четырьмя орденами Красного Знамени, орденами Суворова 3-й степени, Отечественной войны 2-й степени, двумя орденами Красной Звезды, медалями.
Умер 11 мая 1968 года. Похоронен в Новосибирске.
В городе Спасске Пензенской области установлен бюст Героя. В Новосибирске имя Героя Советского Союза Ульянова Ивана Федосеевича запечатлено на Аллее Героев у Монумента Славы [179, 240, 481, 482, 503, 558, 642, 787, 943, 1054, 1141, 1154].