Nach einem Studium in Versailles und Paris betätigte er sich als Journalist beim Paris Journal und Figaro und schrieb Literaturkritiken für den Globe. Bereits früh von abenteuerlichen Geschichten beeindruckt, begann er selber solche zu schreiben. Seine ersten Romane waren nur mäßig erfolgreich und sind heute nahezu vergessen. 1894 gelang ihm mit dem Roman Les Cinq Sous de Lavarède, der im Le petit journal erschien, der Durchbruch. Der stilistisch an Jules Verne angelehnte Roman bildete den Auftakt zu einer auf 21 Bände anwachsenden Romanreihe, die unter dem Reihentitel Les Voyages Excentriques bekannt wurde.
Unter den französischen Nachfolgern Jules Vernes waren seine Bücher die kommerziell erfolgreichsten und konkurrierten ganz offen mit dessen Voyages extraordinaires. Im Gegensatz zu den Werken Vernes sind die Romane von Paul d’Ivoi abenteuerorientierter und enger miteinander verknüpft. Viele der Helden treten in mehreren Werken auf.
Die von ihm erschaffene Figur des Docteur Mystère erfreut sich auch in Italien als Comicserie großer Beliebtheit.
Auch außerhalb Frankreichs wurden seine Werke schnell bekannt. In Deutschland sind bis heute lediglich vier seiner Werke in leicht gekürzten Fassungen erschienen.
