1790 року отримав звання лейтенанта, а у 1793—1799 роках служив волонтером на британських суднах у Атлантичному, Індійському океанах та Південно-Китайському морі. Брав участь у боях з французьким флотом, вивчав морську справу та відвідав Барбадос та Бермуди, вивчав можливості відкриття нового морського торгового шляху.
Після повернення на росіську службу отримав звання капітан-лейтенанта. 1799 року звернувся до російської влади з проектом торгівлі між Росією та Китаєм. 1802 року Олександр І підтримав його ідею навколосвітньої подорожі з метою дослідження сполучення між російськими портами на Балтиці та на Алясці. Івана Федоровича призначено керівником цієї експедиції.
У серпні 1803 року два вітрильні човни «Надежда» (капітан — І. Ф. Крузенштерн) та «Нева» (капітан — Юрій Лисянський) вийшли з Кронштадта у навколосвітню подорож. Метою експедиції було вивчення гирла річки Амур та прокладення маршрутів постачання для російського тихоокеанського флоту. На борту керівника експедицією знаходилась російська дипломатична місія на чолі із Миколою Резановим, що мала на меті встановлення контакту із Японією.
Після стоянки біля острова Санта-Катаріна на «Неві» замінено дві щогли і експедиція перетнула екватор.
Резанова було доставлено у Нагасакі та назад (встановлення дипломатичних відносин закінчилось невдачею), до російського берега, разом з тим описавши північні та східні береги затоки Терпіння, побут та звичаї місцевих аборигенів. Влітку 1805 року Крузенштерн намагався пройти між островом Сахалін та материком, проте невдало, через що дійшов до помилкового висновку, що Сахалін є півостровом.
Восени 1805 року з Петропавловська дійшов до Ґуанчжоу, а 1806 року прибув до Кронштадта.