Мать Ивана Петровича, Варвара Ивановна, происходила также из духовной семьи. В молодости она была здоровой, веселой и жизнерадостной, но частые роды (она родила 10 детей) и переживания, связанные с безвременной смертью некоторых из них, подорвали ее здоровье. Варвара Ивановна не получила никакого образования; однако природный ум и трудолюбие сделали ее умелой воспитательницей своих детей. Иван Петрович вспоминал о своих родителях с чувством нежной любви и глубокой благодарности. Примечательны слова, которыми завершается его автобиография: «А подо всем — всегдашнее спасибо отцу с матерью, приучившим меня к простой, очень невзыскательной жизни и давшим возможность получить высшее образование» [>1 И. П. Павлов. Полн. собр. трудов, т. V. М — Л., Изд-во АН СССР, 1940—1949, стр. 373. Здесь и далее автор ссылается на это издание, так как оно наиболее соответствует прижизненным публикациям И. П. Павлова.].
Иван был первенцем в семье Павловых. Детские годы, даже весьма ранние, оставили в его душе неизгладимый след. Позднее И. П. Павлов вспоминал: «... Я как будто помню мой первый визит в тот дом, где прошло затем все мое детство до юношества включительно. Странность заключается в том, что этот визит сделал я на руках няни, т. е. был, вероятно, годовалым или около того ребенком [...]. За то, что я начал себя помнить очень рано, говорит и другой факт. Когда мимо этого дома проносили на кладбище одного из моих дядей по матери, меня опять на руках вынесли проститься с ним, и это воспоминание у меня тоже остается очень живым» [>2 Там же, стр. 445—446.].
Иван рос здоровым и задорным. Он охотно играл с младшими братьями и сестрами, с малых лет помогал отцу в огороде и саду, при постройке дома (выучился немного столярному и токарному делу), а матери — в домашних делах. Об этом периоде жизни Ивана Петровича Павлова вспоминает его младшая сестра Л. П. Андреева: «Первым его учителем был отец [...]. Иван Петрович всегда с благодарностью вспоминал своего отца, который сумел детям привить привычки к труду, порядку, точности и аккуратности во всем. «Делу время, потехе — час»,—любил говорить он [...]. В детстве Ивану Петровичу приходилось выполнять и другие работы. Мать наша содержала квартирантов. Зачастую она сама все делала и была большая труженица. Дети ее боготворили и наперебой старались чем-нибудь ей помочь: наколоть дров, истопить печь, принести воды — все это приходилось проделывать и Ивану Петровичу» [>3 Сб. «И. П. Павлов в воспоминаниях современников». Л., «Наука», 1967, стр. 318-319.].