Родился 2 мая 1902 года в деревне Берлевец Брянской области.

Трудовую деятельность начал в 1914 году в городе Николаеве рабочим. После окончания рабфака (1923) и Кораблестроительного института (1928) прошел на заводе имени Марти (город Николаев) путь от мастера до главного строителя кораблей (1923-1935). В 1935-1939 годах И. И. Носенко - на руководящих постах на судостроительных заводах Ленинграда (главный инженер, главный конструктор, директор Балтийского завода). С октября 1939 года по май 1940 года - 1-й заместитель наркома, с мая 1940 года нарком судостроительной промышленности. В Великую Отечественную войну одновременно (сентябрь 1941 - февраль 1942 года) - 1-й заместитель наркома танковой промышленности СССР.

И. И. Носенко возглавил Наркомат судостроения в период, когда шла выработка и реализация программы строительства большого флота. Отрасль судостроения получила значительное развитие, была проведена реконструкция Ленинградских и Николаевских судостроительных заводов, велось строительство крупного завода морского судостроения на Дальнем Востоке и на Севере, осуществлялась реконструкция и создавались новые предприятия морского приборостроения и судового машиностроения. Большое развитие получили научные исследования и проектирование, созданы специализированные по классам кораблей центральные конструкторские бюро и научно-исследовательский институт. К началу войны предприятия судостроения передали военно-морскому флоту 312 новых крупных и средних кораблей, в том числе 206 подводных лодок, 4 крейсера, 37 лидеров и эсминцев, 56 сторожевых кораблей и базовых тральщиков, 8 речных мониторов, а так же 477 боевых катеров. Для народного хозяйства построено 4 мощных ледокола и большое количество различных транспортных судов и барж. Немалая заслуга в создании подводных лодок и надводных кораблей принадлежит Б. М. Малинину, В. А. Никитину, И. А. Вудницкому и другим.

Программа строительства на третью пятилетку (с 1937 по1942 гг.) предусматривала строительство значительного числа подводных лодок и надводных кораблей. В 1940 строилось около 270 кораблей различных классов. И. И. Носенко привнес в работу Наркомата глубокое видение проблем судостроения, огромный опыт кораблестроителя, организаторские способности руководителя государственного масштаба.

С началом войны работа отрасли была коренным образом перестроена. Наркомат судостроения выполнял утвержденную ГКО программу в сложнейших условиях. В самом начале войны были утрачены огромные производственные мощности в бассейнах Балтийского, Северного, Черного морей. Многие судостроительные заводы оказались в зонах досягаемости вражеской авиации и даже артиллерии (Ленинград, Сталинград, Севастополь). Тем не менее, преодолевая неимоверные трудности, предприятиясудостроительной промышленности во взаимодействии с Военно-морским флотом (нарком Н. Г. Кузнецов) сумели выполнить большой объем строительства и ремонта кораблей.

В результате оккупации западных и южных районов СССР, блокады Ленинграда в 1941 году было потеряно 30% мощностей судостроения. И. И. Носенко принял экстренные меры по эвакуации предприятий и оборудования и развертыванию работы эвакуированных заводов. В соответствии с решением правительства Наркомат сосредоточил все силы на выполнении плана строительства подводных лодок (ПЛ), эсминцев, тральщиков, боевых катеров - противолодочных, артиллерийских, торпедных.

Советская судостроительная промышленность удовлетворяла нужды флота и частично - армии. Со стапелей сходили торпедные катера, подводные лодки, вспомогательные суда, средства обеспечения. В годы войны было построено свыше 1 тысячи боевых кораблей и катеров различных классов. Совершенствовалось вооружение, осваивались новые технические средства, торпеды, различные типы мин, радиолокационные  и гидроакустические устройства.

В результате напряженного труда судостроителей в 1941-1945 годах построено: 2 крейсера (типа "Максим Горький"), 20 эсминцев, 54 ПЛ, 15 больших охотников за ПЛ, 55 тральщиков, свыше 600 боевых катеров. Заводы отрасли выполнили аварийно-боевой, восстановительный и плановый ремонты 3 линкоров, 7 крейсеров, 164 ПЛ, 25 лидеров и эсминцев, 15 сторожевых кораблей, 200 базовых тральщиков, 344 малых корабля. Кроме того, на заводе "Красное Сормово" в городе Горький (город Нижний Новгород) при непосредственном курирование И. И. Носенко выпущено 12 тыс. танков.

Улучшение боевых качеств кораблей, рост мастерства военных моряков увеличивали эффективность боевой деятельности флота. Так, если в 1941 году на 1 погибшую подводную лодку приходился один уничтоженный вражеский корабль, то в 1945 - 30 кораблей.

Деятельность наркомата судостроительной промышленности и его руководителя И.И. Носенко способствовали не только скорейшему достижению победы, ни и заложили основы и условия для послевоенного строительства и функционирования Советского океанского, в том числе, атомного флота. Уже в 1944, а более активно в 1945 году, разработана и начала реализовываться первая десятилетняя судостроительная программа страны.

В послевоенное время И. И. Носенко руководил различными отраслями промышленности СССР: в 1947-1950 годах - министр транспортного машиностроения, в 1950-1954 годах - 1-й заместитель министра судостроения, в 1954-1956 годах возглавлял Министерство среднего машиностроения (атомной энергетики). Принимал деятельное участие в разработке и осуществлении программы оснащения флота кораблями, отвечавшими по своим качествам требованиям того времени и изменившемуся стратегическому положению СССР.

Кандидат в члены ЦК КПСС (с 1941 г.). Депутат Верховного Совета СССР IV созыва.

Награжден тремя орденами Ленина, орденом Нахимова I степени, тремя орденами Трудового Красного Знамени, орденами Красной Звезды, и "Знак Почета".

2 августа 1956 года Иван Исидорович Носенко скоропостижно скончался.

Урна с прахом И. И. Носенко захоронена в Кремлевской стене.