Родился Иван Моисеевич в селе Малая Виска (Кировоградская область, Украина) в 1911 году. В 1929 году поступил Борисоглебскую летную школу, а в 1931 году Севастопольскую военно-авиационную школу морских летчиков. Позже он стал летчиком-инструктором Ейской военно-морской авиационной школы. Здесь получил первую награду – орден Ленина, установив мировой рекорд полета на одноместном планере, продолжительностью 38 часов 10 минут.

В 1937 году Иван Моисеевич был назначен командиром испытательного отряда в НИИ морской авиации, где испытывал гидросамолеты. В 1938 году три месяца готовил женский экипаж в составе Полины Осипенко, Веры Ломако, Марины Расковой, который на гидросамолете пролетал 10 часов 33 минуты и побил мировой рекорд. В ходе испытания АНТ-44, конструкции А.Н. Туполева, он использовал все возможности машины и поставил шесть мировых рекордов. В годы войны эта машина была в единственном экземпляре, и на ней экипаж майора Сухомлина совершил 90 боевых вылетов. Он защищал Одессу, Севастополь, Кавказ, летал в Западную Европу. Потом стал заместителем командира эскадрильи истребителей на Северном фронте. Полк прикрывал от фашистов Мурманск, корабли с военной помощью Советскому Союзу.

В 1959 году Иван Моисеевич на Ту-114 впервые в мире совершил беспосадочный перелет Москва — Нью-Йорк, с советской правительственной делегацией во главе с Н.С. Хрущевым. Многие личные мировые рекорды Ивана Моисеевича были связаны с этим самолетом. А в общей сложности их было сорок. Это был заметный след в истории мировой авиации.

В отставку ушел в 1973 году.

Умер Иван Моисеевич 28 августа 1993 года.

За героизм и мужество Президиум верховного Совета СССР присвоил И.М. Сухомлину звание «Герой Советского Союза». Он награжден тремя орденами Ленина, четырьмя Красного Знамени, двумя – Отечественной войны, двумя – «Красной Звезды», многими медалями. Получил звание – «Заслуженный летчик испытатель СССР» и «Заслуженный мастер спорта СССР». 

.