В 1852—1860 годы учился в Санкт-Петербурге в пансионе при Горном институте. По окончании института Лопатин поступил на службу чиновником по горному ведомству при Главном управлении Восточной Сибири. Руководил многочисленными экспедициями.

1862 — экспедиция в устье реки Селенги для изучения последствий землетрясения 1862 года.

1863 — экспедиция по поиску месторождений золота на Дальнем Востоке. Золота Лопатин не нашёл и пришёл к выводу о бесперспективности его поиска в этом районе. Зато он обнаружил в Приморье большое месторождение бурого угля, за что был представлен к награде.

1864 — Витимская экспедиция, сделавшая Лопатина известным в научных кругах. Он первым дал сведения о геологическом строении Витимского плоскогорья. Нашёл несколько золотоносных участков и представил план по их разработке.

1866 — Туруханская экспедиция вместе с Ф. Б. Шмидтом по заданию Сибирского отдела Географического общества. Изучили низовья Енисея и побережье Енисейской губы, нашли месторождения меди. За Туруханскую и Витимскую экспедиции Лопатин был награждён орденом Владимира IV степени.[2]

1867—1868 — Сахалинская экспедиция, пройдено более 1600 вёрст. Нашёл месторождения угля, дал подробные описания многих районов острова. Снова представлен к награде.

1870-е годы — раскопки в окрестностях Минусинска. Лопатин получил открытый лист от Русского Археологического общества, позволивший ему вести раскопки. Останавливаясь у двоюродного брата в Минусинске, Лопатин за несколько лет собрал весьма полную коллекцию поздней бронзы. Эта коллекция впоследствии экспонировалась в Эрмитаже, а после смерти Иннокентия Александровича была передана Археологической комиссии и перешла в общественное достояние.

1873 — экспедиция в верховья Енисея.

1874 — Ангарская экспедиция, описание нижнего течения Ангары.

1875 — Чулымская экспедиция, целью которой была разработка научных рекомендаций по строительству Обь-Енисейского канала.

1876 — Абаканская экспедиция, задуманная Шмидтом для изучения окаменелостей в меловых отложениях Бейского озера.

1877 — Енисейская экспедиция по заданию Российской академии наук. Лопатин впервые указал на большие перспективы норильского медно-никелевого месторождения.