Иван Алексеевич родился в деревне Похвальное ныне Глазуновского района.
После окончания школы поступил в Глазуновский сельскохозяйственный техникум. Получив профессию зоотехника, И. А. Пентюхов год проработал в Моховском районе, а затем поступил в Московский сельскохозяйственный институт. Завершил образование в 1956 году в Ижевском сельхозинституте.
Как дипломированный специалист работал зоотехником, затем главным зоотехником совхоза в Ливенском районе. За достигнутые в повышении урожайности успехи, увеличении производства и заготовок сахарной свеклы в 1965 году был награжден орденом Ленина.
В 1967 году Иван Алексеевич был назначен директором государственного племенного завода имени XVII партсъезда Ливенского района, который специализировался на выращивании крупного рогатого скота. По итогам работы в восьмой пятилетке (1966–1970 годы) совхоз под его руководством значительно перевыполнил плановые задания поставки государству сельхозпродуктов.
Указом Президиума Верховного Совета СССР от 8 апреля 1971 года за выдающиеся успехи, достигнутые в развитии сельскохозяйственного производства, и выполнение пятилетнего плана продажи государству продуктов земледелия и животноводства Пентюхову Ивану Алексеевичу присвоено звание Героя Социалистического Труда с вручением ордена Ленина и Золотой Звезды "Серп и Молот".
В последующие годы племзавод имени XVII партсъезда стабильно выполнял плановые задания государства по производству мясомолочной продукции и оставался флагманом сельскохозяйственных предприятий Орловской области. За период руководства племенным заводом И. А. Пентюховым в центральной усадьбе Сергиевское были построены газифицированные дома для специалистов племзавода, гостиница, детский комбинат, Дом культуры и другие социально-культурные объекты.
В 1979 году И. А. Пентюхову было присвоено звание «Заслуженный зоотехник РСФСР». Избирался депутатом Верховного Совета РСФСР 10го созыва (1980–1985 гг.). Был делегатом XXIV съезда КПСС, являлся членом Центрального Комитета КПСС (1989–1990 годы).
Иван Алексеевич руководил хозяйством племенного завода до самой своей смерти. В селе Сергиевское Ливенского района, где он жил, установлен бюст героя.