Studii gimnaziale la Blaj (1869–1876) unde i-a avut ca profesori, printre alții, pe Timotei Cipariu şi Ioan Micu Moldovan. Este nevoit să părăsească Blajul pentru că organizase o manifestație patriotică de omagiere a Revoluției de la 1848 şi, cu o scrisoare de recomandare din partea lui Ioan Micu Moldovan către August Treboniu Laurian, pleacă la București. Urmează studii universitare la Facultatea de Litere din București (1876–1880). Doctor în filologie al universității, în iunie 1881, cu o cercetare despre poezia satirica la români. Între 1881–1883 a audiat cursuri de filologie romanică la Milano, Madrid şi Paris. A fost profesor de limba şi literatura română la Liceul „Sf. Sava” (1881–1901) şi șef al primei Catedre de istoria literaturii române la Facultatea de Litere şi Filosofie din București (1901–1928).

În perioada 1884–1935 a fost director al Bibliotecii Academiei Române, având un rol esențial în organizarea acesteia ca bibliotecă enciclopedică: a dispus achiziționarea a peste 500 000 de volume, mii de manuscrise, stampe, scrisori, periodice, hărți române şi străine. Pentru a se documenta a făcut o serie de călătorii în Rusia, Marea Britanie, Franța, Germania, Italia și Polonia, unde a vizitat numeroase biblioteci și arhive, cercetând modul lor de organizare și funcționare. În 1884 Ion Bianu a fost inițiatorul legii prin care tipografiile erau obligate să ofere exemplare din tot ce tipăresc spre a asigura colecționarea imprimatelor românești la bibliotecă (denumită ulterior „Legea depozitului legal”). În 1895 a pus bazele bibliografiei generale românești. Inspirat de modelul din vestul Europei, Bianu a expus „necesitatea de a se dezvolta la Academie o bibliotecă națională pentru studiile istorice, literare și filologice, care să servească toată țara și de la care să pornească și organizarea altora în principalele centre culturale”. În calitate de director, Bianu a făcut demersuri și pentru asigurarea unui sediu adecvat pentru biblioteca ale cărei colecții erau îmbogățite permanent.

A fost creatorul școlii naționale de biblioteconomie și a organizat primul Congres Național al Bibliotecarilor la București în anul 1924.

A fost unul dintre principalii reprezentanți ai filologiei românești, ocupându-se de îmbunătățirea normelor ortografice ale limbii; a depus eforturi pentru realizarea reformei limbii, aprobată în 1904 de către Academia Română, care a reprezentat un pas important în introducerea principiului fonetic în scrierea limbii. Numele său este legat şi de elaborarea Dicționarului limbii române. Ca istoric literar s-a evidențiat prin numeroase studii despre literatura română veche şi prin editarea textelor românești din sec. XVI–XVII. A promovat cercetările de folclor inițiind prima serie de publicații folclorice şi etnografice „Din viaţa poporului român” (40 vol., 1908–1931), sprijinind, totodată, Arhiva de Folclor a Academiei Române.

Domenii de cercetare: bibliografie, filologie, istoria literaturii, folclor