Впервые к берегам Америки и Китая Крузенштерн прибыл с британским флотом. Это было ещё в ту пору, когда его, 23-летнего боевого лейтенанта, отправили в Англию изучать морское дело. Вернувшись в Россию, он тут же представил «прожект» кругосветного плавания в морское министерство. Упор был сделан на практическую пользу: плавание позволило бы проложить новый судоходный маршрут и наладить прямое торговое сообщение между российскими портами на Балтике и Аляске, которое не используется «по собственному нерадению».
Лишь спустя три года, когда на престол взошёл Александр I, Иван Крузенштерн был назначен начальником первой русской кругосветной экспедиции, причем государство наряду с Российско-Американской компанией взяло на себя значительную часть расходов. В состав экспедиции вошли корабли «Надежда» (командир Крузенштерн) и «Нева» (Юрий Лисянский).
7 августа (26 июля по старому стилю) 1803 года корабли вышли из Кронштадта, а уже в марте следующего года обогнули мыс Горн. Перед ними открылся Тихий океан. После краткой остановки на Гавайских островах экспедиционеры разделились: «Нева» взяла курс на Новоархангельск, «Надежда» – на Камчатку, а затем в Японию. В 1806 году пересекли Индийский, Атлантический океаны и в августе вернулись в Кронштадт. Всё это время полным ходом шли этнографические, метеорологические и океанографические работы, положившие начало систематическим глубоководным исследованиям. На борту кроме команды было немало учёных – ботаников, географов, астрономов (большинство из них – этнические немцы).
Правда, вместе с экспедиционерами в путь отправились представители Российско-Американской компании и Резанов, назначенный посланником в Японию, со своей свитой. Говоря словами А. П. Чехова Резанов вёл себя «крайне бестактно». Все вздохнули с облегчением лишь когда император освободил его от дальнейшего участия в кругосветной экспедиции, приказав провести инспекцию русских поселений на Аляске.
Описание кругосветного плавания и результаты исследований едва уместились в трёхтомный труд. «Худо пишут моряки, зато искренне», – эти слова поставил Крузенштерн эпиграфом на титульном листе первого издания книги.
«Ревность и любовь к наукам столь велики и столь всеобщи, что не будет недостатка в желающих, что найдутся люди, которые охотно оставят надежду на большое жалование или пенсию, если только будут иметь счастие, что их употребят в экспедиции».
Уйдя в 1815 г. в бессрочный отпуск для лечения и научных занятий, он принялся за двухтомный «Атлас Южного моря», включавший в себя обширный анализ многочисленных историко-географических источников, отечественных и иностранных.
Член-учредитель Русского географического общества, член Лондонского королевского общества и других научных обществ, Крузенштерн радел за развитие науки и мореплавания не на словах, а в делах. Именно по его инициативе снаряжались новые экспедиции: под руководством Отто Коцебу (1815–1818), Михаила Васильева и Глеба Шишмарева (1819–1822), Фадея Беллинсгаузена и Михаила Лазарева (1819–1821), Михаила Станюковича и Федора Литке (1826–1829). А мог бы ничего этого не делать, почивать на лаврах первого русского мореплавателя, совершившего кругосветное путешествие...
13 географических объектов названы именем И. Ф. Крузенштерна: два атолла, остров, два пролива, три горы, три мыса, риф и губа в различных частях планеты.
В 1873 году в Петербурге напротив Морского кадетского корпуса Ивану Крузенштерну был установлен памятник.