I. İzzeddin Keykavus 6 Kasım 1180 tarihinde doğdu. 

Babası I. Gıyaseddin Keyhüsrev'in tahttan indirilmesinden sonra babası ile birlikte uzun seyahatlere katıldı, sonunda babası ve kardeşi I. Alaeddin Keykubad ile beraber Dördüncü Haçlı Seferi öncesine kadar (1200 - 1204 arası) İstanbul'da Bizans İmparatorluğu'nda kaldı. Bu sırada eğitimi ile Seyfeddin Ayaba ilgilenmişti.

II. Süleyman Şah'ın ölümü üzerine tekrar sultan olmak üzere Konya'ya doğru harekete geçen babası, geçişine izin vermeyen İznik Rum İmparatoru I. Teodor Laskaris ile anlaşma yaparak Ladik, Honas ve bazı kaleleri bırakmayı kabul edip; kaleler teslim edilene kadar onu kardeşi Alaeddin Keykubad ile rehin bıraktı. İki kardeş, bir süre İznik de tutsak olarak kalsa da daha sonra Hacib Zekeriya'nın yardımı ile kaçarak Anadolu'ya geçtiler.

Izzeddin Keykavüs, babasının sultanlığı sırasında Malatya melikliğine atandı. Melikliği sırasında babasının hocası Mecdüddin İshak idarî işler ve öğrenimini tamamlama konusunda kendisine yardımcı olmuş; 6 yıl sonra babasının Alaşehir Muharebesi'nde ölümü üzerine 1211'de tahta çıkmıştır.

Yenilgi ile sonuçlanan Alaşehir Muharebesi'nden sonra Selçuklu komutanları Sultanın cenazesini bile almadan Konya'ya dönmek zorunda kaldılar. Seyfeddin Ayaba ve bazı komutanlar esir düşmüştü. Konya'da toplanan devlet ileri gelenleri İzzeddin Keykavüs'ün tahta çıkmasının uygun olacağına karar verdi. Keykavüs, üç gün yas tuttuktan sonra Kayseri'ye gitti. Biat, yas ve tahta çıkma törenleri Kayseri'de yapıldı. Konya'ya hareket edeceği sırada kardeşi Tokat Meliki Alâeddin Keykubad saltanat davasıyla şehri kuşattı. Erzurum Meliki Mugīsüddin Tuğrul Şah ile Ermeni Kralı I. Levon da kuşatmaya katılmıştı. Keykavsu, Kayseri subaşısı Celâleddin Kayser'i para ve değerli hediyelerle Ermeni Kralı I. Levon'a gönderdi. Kendisine para ve tahıl ile Luluva (Ulukışla), Ereğli ve Lârende (Karaman) kaleleri  teklif edildi. Teklif kabul eden Levon'un ittifaktan ayrılıp ülkesine dönmesinden sonra Mugisüddin Tuğrul Şah da kardeşi el-Melikü'l-Eşref'in ülkesine saldırmak üzere olduğunu öğrenip Erzurum'a döndü. Keykubad kuşatmayı kaldırıp Ankara Kalesi'ne sığındı. Orduyu Konya ovasında toplayıp Ankara'ya sefere çıkan Keykavus, şehri kuşattı. Kuşatma, 1213 ilkbaharına kadar devam etti. Keykubad, kalede erzağın azalması üzerine kendisi ve kale halkının canına dokunulmaması şartıyla teslim oldu. Kale halkına dokunulmadı; Keykubad ise Malatya yakınlarındaki Minşâr Kalesi'ne hapsedildi. Keykâvus onu öldürmek istediyse de hocası Mecdüddin İshak buna engel oldu.

I. İzzeddin Keykavus, kardeşi I. Alaeddin Keykubad'ı etkisiz hale getirip iktidarını sağlamlaştırdıktan sonra bütün dikkatini Anadolu'da ticaretin canlandırılmasına verdi. Kıbrıs Krallığı'yla bir anlaşma yaparak iki ülke arasındaki ticareti serbest hale getirdi.

Keykavus, planlı fetih politikası sonucu kuzey ticaret yolunu açmak için Sinop'u 1214 yılında Trabzon İmparatorluğu'ndan aldı  Keykavus'ün ani bir baskınla kuşattığı Sinop, İznik Rum İmparatorluğu ve Trabzon İmparatorluğu arasında mücadele konusu idi. Trabzon İmparatoru Aleks Komnenos'un bir av sırasında pusuya düşürülerek Anadolu Selçukluları'nca esir edilmesi şehrin teslim alınmasında çok faydalı oldu. Sinop'un fethi ile Trabzon merkezli Komnenos Hanedanı Selçuklulara bağlandı ve 1243'teki Kösedağ yenilgisine kadar bağlı kaldı. Zafer, komşu devletlere ve Abbasi halifesine fetihnamelerle iletildi. Sultan, bu başarı nedeniyle “"Es-sultânü'l-gālib” ünvanını aldı. Sefere katılan beylerden Simre Valisi Bedrüddin Ebu Bekir Sinop Valisi ve komutanı olarak atandı.

Ermeni kralı Levon, Keykavüs ile Keykubad arasındaki taht mücadelesi sırasında kendisine bırakılan Luluva (Ulukışla), Ereğli ve Lârende (Karaman) kalelerini yönetemeyeceğini anlamıştı. Bu yüzden kaleleri  Hospitalier Şövalyelerine vermek istiyordu. Keykavus Sinop'un fethinden sonra düzenlediği seferle bu kaleleri ele geçirdi ve Antalya'ya yöneldi.

Keykavus ile Keykubad arasındaki taht mücadelesi sırasında Antalya'da yaşayan Hristiyan halk ayaklanmış, Selçuklu muhafızlarını öldürüp  1212 yılında şehre hâkim olmuşlardı. 24 Aralık 1215'te şehir karadan ve denizden kuşatıldı. Sultan, bir aylık kuşatmadan sonra teslim olan şehre büyük bir törenle girerek tahtına oturdu. Antalya'nın fethiyle Selçuklu Sultanı I. İzzeddin Keykavus ilk kez “Sultanü'l-bahreyn/iki denizin sultanı” unvanını kullandı. Şehirden kaçan halk bir fermanla geri davet edildi. Antalya'nın 1216'da ikinci kez fethi ile Akdeniz ve Karadeniz de iki önemli limanın Türklerin eline geçmesini sağladı.

Sultan, Güney ticaret yolunu engelleyen Klikya Ermeni Kralı I. Levon'un Haçlılarla arasının açılmasını fırsat bilerek sefere çıktı; 1216 yılı baharında Maraş üzerine hareketle Yabanlu ovasında ordugâh kurdu. Keban Kalesi önünde yapılan savaşta Ermeni ordusunu ağır bir yenilgiye uğrattı. Ermeni prensi ile 1218 yılında anlaşma yapıldı. Ermeniler Selçuklular'a tabi olmayı, vergi vermeyi, bazı sınır kalelerini iade etmeyi kabul etti. Sultan da Sis Kalesi'ni vereceğini açıkladı. Bu sefer sayesinde Anadolu-Suriye ticaret yolu güvence altına alındı; Anadolu, ticaret kervanlarının merkezi durumuna geldi.

1216'da, önemli bir ticari kavşak olan ve Eyyûbîler'in elindeki Halep'i almak için, Selahaddin Eyyubi'nin büyük oğlu Melik Efdal ile ittifak kurarak bu bölgedeki toprakların paylaşımı konusunda anlaştı. Başlangıçta bazı kaleler alınsa da Melik Efdal'ın taraf değiştirmesi ve ordusundaki emirlere olan güvensizlik nedeniyle harekatı yarıda keserek geri döndü 

I. İzzeddin Keykavus, ikinci kez Halep üzerine sefer hazırlığı yaptığı sırada vereme yakalandı. Hastalığı artan Sultan, hekimlerin tavsiyesine uyularak havasının ve suyunun iyi geleceği ümidiyle Malatya yakınında Viranşehir'e götürüldü. Çok geçmeden 1220 yılında öldü ve Sivas'ta 1217 de yaptırdığı Darüşşifa'daki türbesine gömüldü.