Окончил Московский Государственный институт иностранных языков им. Мориса Тореза. После окончания института уехал в Бирму, где работал переводчиком и корреспондентом АПН.
В 1959 году продолжил свое образование в аспирантуре Института востоковедения АН СССР. В это же время публиковались его очерки в журналах «Вокруг света», «Азия и Африка сегодня». Спустя три года он оканчивает аспирантуру, а через год устраивается на работу в институт Востоковедения, где преподает историю Бирмы.
В 1965 году пишет кандидатскую диссертацию на тему «Паганское государство (11-13 века)», а спустя шестнадцать лет стал доктором наук, тема диссертации «Буддийская сангха и государство в Бирме».
В 1961 году вышел первый рассказ Игоря под названием «Маунг Джо будет жить», а спустя пять лет фантастический рассказ «Долг гостеприимства». В дальнейшем был придуман псевдоним, сочетавший в себе имя супруги и девичью фамилию матери – «Кирилл Булычев», но в печати имя сократили до «Кир», и в настоящее время писатель известен как Кир Булычев.
В 1980-х годах по его повести «Сто лет тому вперед» снимают пятисерийный фильм «Гостья из будущего», ставший самым популярным детским фильмом того времени.
В 1982 году Булычев удостоен Государственной премии СССР за лучший сценарий (за фильмы «Через тернии к звездам» и «Тайна третьей планеты»).
Кир Булычев скончался 5 сентября 2003 года в Москве.