1888'de İstanbul Eyüpsultan'da doğdu. 1904'te Beyazıt Merkez Rüştiyesi ve Mercan İdâdîsi'ni tamamladıktan sonra 1910 senesinde Dârülfünun Edebiyat Bölümü'ne başladı. Burada Ahmed Midhat Efendi, Mehmet Akif, İzmirli İsmail Hakkı, Şehbenderzade Ahmed Hilmi ve Hamdullah Suphi gibi devrin ileri gelen âlimlerinin öğrencisi oldu. Mezuniyetinin (1912) ardından 1927 senesine kadar aralıklarla sürecek olan muallimlik vazifesine başladı. İlk görev yeri olan Kütahya tarihi üzerine yapmış olduğu çalışma Maarif Vekâleti tarafından basıldı. Aynı dönemde Kastamonu'dayken Açıksöz Gazetesi'nde tarih yazıları yazdı ve Karesi'de görevini yürütürken Karesi üzerine üç eser kaleme aldı. Türkiye'deki epigraf çalışmaları bakımından önemli olan Anadolu Kitabeleri isimli eseri 1927 ve 1929 yıllarında iki cilt olarak yayımlandı. Kesintisiz olarak Balıkesir milletvekilliği görevini ifa ettiği 1927-1950 yılları arasında İstanbul Üniversitesi Edebiyat Fakültesi Tarih Bölümü'nde dersler verdi. Bu tarih aralığı onun Osmanlı tarihi üzerine kaleme almış olduğu eserler açısından en verimli dönemi olmuştur. Ömrü Osmanlı arşivlerindeki belgeleri incelemek ve neşretmekle geçen Uzunçarşılı, yine arşivde araştırma yaparken 1977 senesinde vefat etmiştir. Edirnekapı Şehitliği'nde medfundur. Büyük bir kısmı siyaset arenasında geçen seksen dokuz yıllık ömründe on dokuz kitap ve doksanın üzerinde makale yayımlamıştır.

İsmail Hakkı Uzunçarşılı'nın Osmanlı arşiv belgelerini kullanarak hazırladığı çalışmalar alanındaki en önemli yeniliklerinden biri olarak kabul edilir. Mesele bilimsel yaklaşım ile yakından ilişkilidir ve tarihin yazılması sırasında nakiller ve rivayetlerden çok belgelere dayandırılmaktadır. Belleten'deki kısa değerlendirmesinde de tarihî meselelerin ortaya konmasında kullanılan arşiv belgelerinin öneminden bahseden Uzunçarşılı diğer yandan belgelerin araştırmaya (incelenmeye-tahkik edilmeye) tâbi tutulmasının gerekliliğinden de bahsetmektedir. Çünkü belgelerin tek başına kaynak olmaları bazan araştırmacıları yanıltabilir. Bunun için belgelerin bir bütün olarak tahlile tâbi tutulması muhtemel tutarsızlıkları önleyecektir. Zaten Türk Tarih Kurumu kurulup genel bir Türk tarihinin yazılması karara bağlandığında da araştırmaların tahkik edilmiş belgelere dayanmasının beklendiği anlaşılmaktadır. Uzunçarşılı arşiv belgelerinin tasnif ve kataloglanmasında diğer bazı araştırmacılarla birlikte çalışmış ve hayatının büyük bir kısmını arşivlerde geçirmiştir. Halil İnalcık, Uzunçarşılı'nın Osmanlı Devleti'nin Saray Teşkilâtı isimli eserini değerlendirirken şu ifadelere yer vermektedir: "Uzunçarşılı, Türk dehasının yarattığı bu cihanşümul kültür yapısını aydınlığa çıkarmanın büyük önemini kavramış ve bunu üzerine almış ilk tarihçilerimizdendir. Başlamanın ve yolu açmanın büyük şerefi ona aittir." Uzunçarşılı tarih yazımının her şeyden evvel bir ilmî usul gerektirdiği inancındadır. Bu itibarla kendisi de eserlerini nasıl ortaya koyduğunu ifade anlamında Osmanlı Tarihine Medhal adlı çalışmasını kaleme almış, burada tarihin bütüncül bir bakış açısıyla ele alınmasının önemini belirterek Osmanlı öncesi Türk ve İslam devletlerinin yapılarının bilinmesinin gerekliliği üzerinde durmuştur.

İsmail Hakkı Uzunçarşılı'nın çok sıkı ve disiplinli bir eğitimden geçtiği anlaşılmaktadır. Bu durum ilim yolunda yakalamış olduğu istikrar ve çalışma azminin kaynağını teşkil etmiştir. Uzunçarşılı 1922 yılının sonlarında Karesi Sultânîsi müdürlüğüne ve 1924'te ise Karesi Maarif müdürlüğüne atandı. Görev yaptığı Kütahya, Kastamonu ve Balıkesir'in tarihine dair araştırmalar yaptı. Bu hizmetlerine karşılık Balıkesir Meclis-i Umûmîsi de kendisine fahrî hemşehrilik payesi verdi. 1925-1927 yılları arasında Maarif Vekâleti'nde üst düzey görevler üstlendi ve 1927 yılında Balıkesir'den mebus seçildi.

Bir Osmanlı tarihçisi olarak Osmanlı maarif tarihine en önemli katkılarından biri Osmanlı Devleti'nin İlmiye Teşkilâtı isimli eseridir. Bu eserinde Osmanlı ilmiyesini, devlete bürokrat yetiştiren bir teşkilat nazarıyla ele almıştır. Bu minvalde medreseler ve buralarda eğitim gören talebelerin öğrenim süreçlerini ayrıntılı bir şekilde arşiv belgeleri vesilesiyle analiz etmiştir. Medreselerden çıkan müderrislerin Osmanlı bürokrasisinde yürüttükleri kadılık, kazaskerlik, padişah hocalığı, nakîbüleşraflık, şeyhülislamlık meslekleri hakkında da bilgiler vermiştir. Bu eser Osmanlı ilim tarihine dair kaleme alınmış temel eserlerden biridir. Eser aynı zamanda tarihçiliğinin de bir yansımasıdır. Zira o tarihçiliği sadece siyasî bir olgu değil, müesseselerin incelenmesi olarak da ele almıştır.

Mustafa Kemal'in tavsiyesi ile mebusluğun yanında İstanbul Üniversitesi Edebiyat Fakültesi ve Ankara Üniversitesi Dil ve Tarih-Coğrafya Fakültesi'nde Anadolu Selçukluları, Anadolu Beylikleri ve Kanûnî devrinin sonuna kadar Osmanlı tarihi derslerini vermiş olması eğitim öğretim hayatını daima önde tuttuğunu göstermektedir. Üniversite reformu ile ordinaryüs unvanını aldı. Ders saatleri dışında Osmanlı Arşivi'nde bulunur ve belge tasnifine ara vermeden devam ederdi. 1938 yılında Gazi Mustafa Kemal'in vefatı ve Hasan Âli Yücel'in Maarif vekilliği üzerine bu iki görevden milletvekilliğini seçmek durumunda kaldı. 1950 yılında Cumhuriyet Halk Partisi'nin iktidardan düşmesi neticesinde vekil seçilemeyen Uzunçarşılı, İstanbul Üniversitesi'nde ve Topkapı Sarayı Arşivi'nde çalışmalarına devam etmiştir.

Türk Tarih Kurumu'nun kuruluşunda görev aldı ve Belleten'in çeşitli sayılarında birçok makalesi yayımlandı. Türk Tarih Kurumu'nun umumi bir Türk tarihi yazılması amacıyla oluşturduğu kurullardan Yeniçağ kolunun üyesi oldu ve Osmanlı Devleti'nin kuruluşundan 1789'a kadarki tarihini kaleme aldı. 1949 yılından itibaren İstanbul Üniversitesi tarafından yayımlanmaya başlanan Tarih Dergisi'nde de önemli makaleleri yayımlanmıştır. Bütün bu ilmî çabası neticesinde "reîsülmüverrihîn" unvanını almıştır.