Иннокентий Федорович Анненский родился 20 августа (1 сентября) 1855 г. в Омске, в семье начальника Главного управления Западной Сибирью Федора Николаевича Анненского.

В I860 г. семья переехала в Петербург, где прошли детские годы будущего поэта. Перенесенная в детстве тяжелая и длительная болезнь не лучшим образом сказалась на его будущей жизни: учеба в частных школах и гимназиях сменялась домашним образованием, в качестве учителя выступал старший брат Анненского — Николай Федорович. Влияние брата, как и влияние его жены — детской писательницы Александры Никитичны, — сказалось на дальнейшем творчестве Анненского.

В 1879 г. он окончил историко-филологический факультет Петербургского университета по специальности «классическая филология». В дальнейшем, вплоть до 1906 г., Анненский преподавал древние языки в гимназиях, лицеях, на Высших женских курсах. Примерно в это же время он женился на Надежде Валентиновне Хмара-Барщевской, усыновив двоих ее сыновей.

Литературное творчество (переводы и оригинальные стихи) Анненский рассматривал как хобби, долгое время не решаясь публиковать свои произведения. В 1870-е-1890-е гг. в журналах появляются только его литературно-критические статьи (в частности, о Гоголе, Лермонтове и Гончарове, обратившие на себя внимание литераторов).

Единственный прижизненный сборник поэта «Тихие песни» вышел в свет в Петербурге в 1904 г. под псевдонимом «Ник. Т-о» — это русский аналог латинского имени «Утис» (Никто), которым хитроумный Одиссей назвался циклопу Полифему («Одиссея» Гомера). Даже самый непросвещенный читатель знает самое известное стихотворение Инокентия Аненнского "СРЕДИ МИРОВ", которое многие композиторы и исполнители обессмертили в музыке, превратив в романс. Первым был Александр Вертинский, известный шансонье начала века.

Среди миров, в мерцании светил
Одной Звезды я повторяю имя...
Не потому, чтоб я Ее любил.
А потому, что я томлюсь с другими.

И если мне сомненье тяжело,
Я у Нее одной молю ответа,
Не потому, что от Нее светло,
А потому, что с Ней не надо света.

В 1896 году Иннокентий Федорович получил новое назначение — он становится директором мужской гимназии в Царском Селе, и наставников многих будущих гениев Серебрянного века, в частности  Николая Гумилева, первое стихотворение которого "Я в лес бежал из городов" было напечатано под чутким руководством Аненнского.

В 1900-е гг. им были опубликованы стихотворные трагедии на сюжеты античных мифов: "Меланиппа - философ" (1901 г.), "Царь Иксион" (1902 г.), "Лаодамия" (1906 г.), первую книгу лирики "Тихие песни", критическую прозу "Книга отражений" (1906 г.), заканчивает первый том "Театра Еврипида" (1906 г.) — результат многолетних трудов Анненского как переводчика и исследователя античности. Значительным событием этого периода стало также издание двух сборников литературно-критических статей «Книги отражений».

После волнений, вызванных революцией 1905 г., Анненский был переведен с поста директора Царскосельской гимназии на должность инспектора Санкт-петербургского учебного округа. В 1908 г. он начал читать лекции по истории древнегреческой литературы на высших женских историко-литературных курсах, однако уже в конце октября 1909 г. подал прошение об увольнении.

В последний год жизни поэт принимал активнейшее участие в организации модернистского журнала «Аполлон». Иннокентий Федорович Анненский скоропостижно скончался от сердечного приступа 30 ноября (11 декабря) 1909 г. на Царскосельском вокзале. Похоронен на Казанском кладбище.

В 1910 г. в Москве вышла в свет книга лирических шедевров Анненского «Кипарисовый ларец», а в 1923 г. — сборник "Посмертные стихи".