Статский советник, камергер. Из армянского дворянского рода, известного с начала XVII в., а в XIX в. возведённого в графское достоинство. Мать - Софья Иосифовна Корганова (1845-1933). В 1894 окончил Императорский Александровский лицей и поступил на службу в МИД (причислен к 1-й экспедиции при канцелярии), с 14.05.1897 делопроизводитель 1-й экспедиции. 8.10.1897 произведён в коллежские асессоры, 8.10.1901 - в надворные советники. В 1906-1908 2-й секретарь миссии в Нидерландах.
В 1909-1913 секретарь миссии в Норвегии. 10.07.1909 удостоен Высочайшей благодарности за труды по Лондонской конференции по военно-морскому праву. В 1913 сопровождал известного путешественника Ф. Нансена в его поездке по России. В экспедиции занимался выявлением и записью языковых особенностей юрацкого, самоедского и енисейско-остяцкого наречий местного населения. Как официальное лицо, поддерживающее связи Норвегии и России, был непосредственно заинтересован в проведении данной экспедиции, целью которой было открытие нового торгового пути из Северной Норвегии в Сибирь. Высказывался за прекращение насильного навязывания «цивилизации» народам Крайнего Севера. Ф. Нансен позднее отзывался о Лорис-Меликове: «Всегда доброжелательный и любезный, всегда прекрасно одетый и безупречно воспитанный дипломат, всегда общительный и интересный собеседник, всегда готовый как пошутить, так и оценить по достоинству чужую остроту и всегда непоколебимо уверенный в правильности российской государственной системы и её превосходстве».
В 1914 - апреле 1916 1-й секретарь посольства в США. 17.03.1916 подал в МИД России записку «О сближении России с Америкой». Считал, что при настойчивой и умелой просветительной работе в США будет нетрудно добиться политического и экономического сближения с этой страной и завоевать симпатии её народа. Для этого Лорис-Меликов предлагал создать во всех штатах сеть эмиссаров, руководство которыми осуществлялось бы через центральное осведомительное бюро, подчинённое российскому посольству. Среди других высказанных Лорис-Меликовым в записке идей - план финансового проникновения российского капитала в США по примеру Германии, необходимость реанимации предлагавшегося в 1903 железнодорожным магнатом Э. Гарриманом проекта строительства железной дороги от Аляски до Транссиба через Берингов пролив, прокладки телеграфного кабеля между Владивостоком и тихоокеанским побережьем Штатов и обмена профессорами между российскими и американскими университетами.
С 6.05.1916 - поверенный в делах и генеральный консул в Сиаме с личным званием чрезвычайного посланника и полномочного министра. С апреля по ноябрь 1917 - посланник в Сиаме, уволен приказом наркоминдела Л.Д. Троцкого от 26.11.1917, однако дипмиссию не покинул. В феврале 1918 в письме к Б.А. Бахметьеву заявил о необходимости интервенции войск США в Россию для освобождения страны от германского гнёта и «внутреннего рабства». При посредничестве американского посланника в Сиаме Дж.П. Ингерсолла самостоятельно обратился к правительству США с призывом о помощи, так как опасался, что в роли «спасителя» России могла выступить Япония с иными мотивами и последствиями. Весной 1918 Лорис-Меликов решил оценить возможности зарождавшегося антибольшевистского движения на Дальнем Востоке, ушёл в самовольный отпуск и уехал в Китай, оставив во главе миссии в Сиаме в качестве поверенного в делах консула в Сингапуре Н.А. Распопова. Весной 1919 миссия была закрыта ввиду отсутствия у Омского правительства интересов в Сиаме, а также из-за ограниченности контактов.
Затем Лорис-Меликов проживал в эмиграции во Франции. Писательница Тэффи вспоминала: «После смерти Дмитрия Сергеевича [Мережковского - Прим. сост.] мы сошлись ближе с Зинаидой Николаевной [Гиппиус - Прим. сост.]. Мне всегда было с ней интересно. И лучше всего, когда мы оставались с ней вдвоем или втроем. Третьим был очаровательный И. Г. Лорис-Меликов, старый дипломат, человек блестяще, всесторонне образованный. Он великолепно знал мировую классическую литературу, старых и новых философов и учил З. Гиппиус мольеровскому стихосложению». Скончался в Париже, похоронен на кладбище Сент-Женевьев-де-Буа.
Удостоен орденов Св. Станислава 3-й степ. (5.04.1898), Св. Анны 3-й степ. (14.04.1902), Св. Станислава 2-й степ. (17.04.1905) и Св. Анны 2-й степ. и иностранных орденов, включая Св. Сильвестра кавалерского креста (Ватикан, 7.09.1896), Филиппа Великодушного кавалерского креста 1-го класса (Гессен-Дармштадт, 7.09.1896), Св. Александра кавалерского креста (Болгария, 4.08.1897).
