Родился 1 февраля (июля) 1908 года в селе Акчара (Ахчера) Лариндорфского (ныне Первомайского) района (Крым). Русский.
В РККА с ноября 1930 года, был призван Джанкойским районным военкоматом.
Окончил Ейскую лётную школу в 1934 году.
В звании лейтенанта служил в качестве младшего лётчика в 5-й истребительной авиационной эскадрилье 36-й истребительной авиационной бригады Киевского военного округа.
Участвовал в национально-освободительной войне в Испании с 13 октября 1936 года по 29 сентября 1937 года в качестве пилота истребителя И-15.
Всего в Испании произвел несколько боевых вылетов.
Вскоре, по состоянию здоровья был отстранен от полетов. С центрального наблюдательного пункта «Телефоника» в Мадриде вел наблюдение и оповещение о налетах вражеской авиации.
После возвращения из Испании продолжал служить в Киевском военном округе, получил звание капитана и был назначен командиром эскадрильи 164-го истребительного авиационного полка.
Участвовал в Великой Отечественной войне с 22 июня 1941 года.
Воевал на Юго-Западном фронте.
«…В 164-м полку исключительной напористостью и отвагой отличался летчик-истребитель капитан Иван Самсонов. Во время сопровождения своих бомбардировщиков он принял на себя удар четырех пар «мессершмиттов». Восемь против одного! Не растерялся, не покинул поле боя советский летчик. Действуя инициативно и решительно, Самсонов поджег один вражеский самолет, второму нанес повреждения. Сам же остался невредим…»
(Из книги «Год 1941, Юго-Западный фронт»)
Позже, будучи командиром эскадрильи и заместителем командира 177-го истребительного авиационного полка принимал участие в отражении ночных налетов немецкой авиации на Москву. В ночь с 25 на 26 июля 1941 года в бою под Ленино сбил бомбардировщик Ю-88.
В 1941 году ему было присвоено воинское звание «майор».
14 января 1942 года был назначен на должность заместителя командира 16-го истребительного авиационного полка, но приступить в исполнению служебных обязанностей не успел.
16 января 1942 года погиб в авиационной катастрофе. Похоронен в братской могиле на городском кладбище города Подольск Московской области (Россия).
Список известных воздушных побед И. Д. Самсонова:
27.06.1941 1 Ме-109 Львов лично
25/26.07.1941 1 Ю-88 Ленино лично
24.10.1941 1 Ю-87 Москва лично
Награждён двумя орденами Красного Знамени (02.01.1937, 04.03.1942), медалью «За оборону Москвы».