Родился 2 апреля 1910 года в рабочем поселке шахты «Петровская» Бахмутского уезда Екатеринославской губернии, Российская империя (ныне село Петровка Бахмутского района Донецкой области, Украина) в семье шахтера. Русский. С шестнадцати лет работал в шахте 4/21, учился на рабфаке при авиационном институте в Харькове.
В РККА с июня 1932 года, был призван Харьковским городским военкоматом.
В звании старшего лейтенанта служил с лета 1936 года лётчиком-инструктором в 8-й Одесской школе пилотов Киевского военного округа.
Участвовал в национально-освободительной войне в Испании с 10 июня по 26 октября 1938 года в качестве командира звена истребителей И-16.
Всего в Испании произвел около 25 боевых вылетов, участвовал в 6 воздушных боях, сбил 2 истребителя.
23 июля 1938 года был ранен в ногу во время воздушного боя над Валенсией, но смог довести поврежденный самолет до своего аэродрома и посадить его.
«…Фашисты наседали. Хотелев активно отбивался. Ему удалось сбить один самолет, а вскоре задымил еще один «мессер». Но тут из лучей солнца стремительно выскочил невидимый до сих пор немецкий истребитель. Последовал сильный удар, кабину качнуло, и Иосиф ощутил нестерпимую боль в бедре. Перед глазами поплыли желтые круги, потом все потемнело. Но сознание тут же вернулось к нему. Хотелев попытался продолжать бой, однако раненая нога не повиновалась ему. Тогда он сделал маневр - падение на крыло, перевел самолет в отвесное пикирование и у самой земли перешел в горизонтальный полет. «Мессершмитты» не преследовали его, возможно, потеряли из виду или посчитали сбитым.
Истекая кровью, Хотелев взял курс на свой аэродром. Он чувствовал, что от потери крови и от боли слабеет с каждой минутой. Временами летчик плохо различал землю и смутно представлял себе, как проходит полет…
…Развернуть машину и зайти на посадку вдоль полосы он уже не мог. Пришлось приземляться с ходу. Он начал крутить «шарманку» - на И-16 шасси выпускались вручную - раз сорок повернул ручку выпуска.
Идя на бреющем, цепляясь за верхушки деревьев, машина коснулась земли у самой границы поля аэродрома. Самолет побежал, качаясь и подпрыгивая, будто лодка на волнах. Прямо на летчика угрожающе надвигались деревья. Только тут он понял, что сел поперек поля, но уже не в силах был что-либо предпринять. Неожиданно выручил сильный порыв бокового ветра. Машину круто развернуло, и летчику стоило неимоверных усилий здоровой правой ногой сдержать слишком резкий поворот самолета, чтобы не опрокинуться. Иосиф попробовал вылезти из кабины, но не смог, от боли впал в обморочное состояние. Когда пришел в себя, почему-то подумал: «А не ошибся ли я аэродромом?» На всякий случай он вытащил пистолет и приготовился к худшему: если попал к мятежникам, будет отстреливаться и дорого отдаст свою жизнь.
Подъехала санитарная машина, такая, как у республиканцев. К нему обратилась молоденькая испанка с красным крестом на рукаве и пятиконечной звездочкой на пилотке. Едва она заговорила, Хотелев понял, что находится у своих, и потерял сознание…»
(Из книги Г. К. Семенова «Пароль «Испания»)
После лечения в госпитале был отправлен в Советский Союз.
После возвращения из Испании продолжал служить в Военно-воздушных силах.
В 1939 году ему было присвоено воинское звание «капитан».
С 1939 года командовал эскадрильей.
Участвовал в советско-финляндской войне 1939-1940 годов в составе 7-го истребительного авиационного полка, летал на истребителе И-153.
В 1940 году ему было присвоено воинское звание «майор».
С 15 мая 1940 года командовал 92-го истребительным авиационным полком.
Участвовал в освобождении Бессарабии и Буковины в июне – августе 1940 года.
Участвовал в Великой Отечественной войне с 22 июня 1941 года.
Воевал на Юго-Западном и Западном фронте, командовал 92-м полком до 25 сентября 1941 года, затем был назначен заместителем командира 165-го истребительного авиационного полка.
С декабря 1942 года был заместителем командира 239-й истребительной авиационной дивизии (18 марта 1943 года была преобразована в 5-ю гвардейскую истребительную авиационную дивизию).
С 23 июня по 15 августа 1944 года произвел 12 боевых вылетов, в том числе: на прикрытие своих войск - 2, на сопровождение бомбардировщиков - 2, на свободную охоту - 8 вылетов. Участвовал в 1 воздушном бою, сбил 1 самолет.
В 1944 году ему было присвоено воинское звание «полковник».
С 23 октября 1944 года по 5 января 1945 года командовал 304-й истребительной авиационной дивизией (27 октября 1944 года была переименована в 23-ю гвардейскую истребительную авиационную дивизию). Воевал на 1-м Прибалтийском фронте.
Всего за время участия в Великой Отечественной войне сбил 5 самолетов, кроме того, на аэродроме уничтожил 5 самолетов.
Летал на истребителях И-153, И-16, ЛаГГ-3, Р-39 «Аэрокобра».
После окончания войны ещё несколько лет служил в авиации.
С мая 1945 года командовал 900-м истребительным авиационным полком.
31 мая 1946 года вышел в отставку в звании полковника.
Проживал в городе Майкоп Краснодарского края (Россия).
Умер 21 января 1979 года.
Список известных воздушных побед И. С. Хотелева:
23.07.1938 2 Ме-109 Валенсия лично
16.08.1941 1 Ме-110 Саево лично
25.08.1941 1 Фокке-Вульф Заболотье лично
27.08.1941 1 Фокке-Вульф Ельня лично
06.09.1941 1 Хе-111 Верхняя Песочня лично
00.03.1942 5/3 Хш-126 Брянский фронт в составе звена на аэродроме
23.07.1944 1 ФВ-190 Паневежис лично
Награжден четырьмя орденами Красного Знамени (22.02.1939,* 07.04.1940,** 23.11.1941,*** 25.08.1944****), орденом Красной Звезды***** (25.05.1936), медалями «За боевые заслуги» (03.11.1944), «За победу над Германией в Великой Отечественной войне 1941–1945 гг.» и другими.
Примечания:
* Орден имел порядковый № 2365.
** Орден имел порядковый № 425/"2".
*** Орден имел порядковый № 125/"3".
**** Орден имел порядковый № 202/"4".
***** Орден имел порядковый № 1013.