Вкупе с братом Алексеем Ивановичем был зачислен с середины 1740-х годов в «Канцелярию от строений», где обучался у Джироламо Бона, И. Я. Вишнякова и других; писал вида для собора Александро-Невской лавры.

Работал над оформлением интерьеров императорских резиденций (а именно, в Большенном Петергофском дворце) и дворцовых церквей; создавал театральные декорации. 29 июля 1769 года общим согласием Академии художеств был избран её членом.

Потом управлял мозаичной мастерской, основанной Мишей Ломоносовым. С оригиналов И. И. Бельского Иоганн Штенглин гравировал известную серию из 18 портретов российских государей.

Красочных работ сохранилось сильно мало. Более известны «Архиерей во время служения литургии» (1770), и «Голова апостола Петра» (1783) — (оба в Третьяковской галерее).