Ибрай Алтынсарин родился 20 октября (1 ноября, по новому стилю) 1841 года в Аракарагайской области Николаевского уезда Тургайской области.
Рано лишившись отца, воспитывался в семье деда, известного бия, Балгожи Жанбуршина. В 1850 году был определён в школу — интернат при Оренбургской пограничной комиссии. Окончил её в 1857 году с золотой медалью. Затем в течение трёх лет работал писарем у своего деда Балгожи — управляющего узунским родом племени кипчаков, войскового старшины Оренбургской комиссии.
Некоторое время Алтынсарин работал переводчиком в Оренбургском областном правлении, где познакомился с Ильминским Н. Н.
В 1860 году областное правление поручило ему открыть школу для казахских детей в городе Тургай, в которой он назначался учителем русского языка.
В 1861 году он получил назначение на должность учителя Тургайской школы.
В 1864 открыл первую народную школу.
Некоторое время И. Алтынсарин работал также в Тургайском уездном управлении в качестве делопроизводителя, исполнял обязанности старшего помощника уездного начальника, временно — уездного судьи.
С 1879 и до конца жизни — инспектор казахских школ в Тургайской области.
В 1883 году Алтынсарин переехал в Николаевский (Кустанайский) уезд. Он построил дом в трёх километрах от города Кустаная, на сгибе реки Тобол, на островке, где имелось небольшое озеро, получившее впоследствии название «Инспекторское». Там Ибрай Алтынсарин жил и работал до самой смерти.
Алтынсарину было присвоено звание статского советника.
Умер 17 июля (29 июля) 1889 года, похоронен недалеко от своего дома на берегу Тобола рядом с могилой отца.
