При этом И. И. Шувалов полагал, что необходимо развивать прежде всего отечественное образование и науку, поддерживать русских ученых и художников. На этой почве он сблизился с М. В. Ломоносовым, который в своей научной и просветительской деятельности отстаивал те же идеи. Во время очередной поездки императрицы Елизаветы в Москву Ломоносов передал И. И. Шувалову разработанный им проект создания университета. Шувалов доложил его императрице, обеспечил его всемерной поддержкой и 12 января 1755 г. (в Татьянин день) Елизавета Петровна подписала указ об открытии университета в Москве, ставшим фактически первым университетом в России. Куратором университета стал тот же И. И. Шувалов.
По инициативе И. И. Шувалова Елизавета Петровна в 1757 г. издала указ об открытии в Петербурге Академии художеств. Первое время она размещалась в доме Шувалова на Садовой улице. Академия стала центром профессиональной подготовки художников, скульпторов, архитекторов из числа наиболее талантливых русских людей независимо от их происхождения или сословной принадлежности. В качестве преподавателей в академию приглашались высококлассные мастера из-за рубежа. Наиболее способные выпускники получали стипендию академии для завершения обучения в Италии или Франции. Уже в правление Елизаветы Петровны, когда академия находилась под покровительством И. И. Шувалова, в ней учились архитекторы Василий Баженов, Иван Старов, художник Антон Лосенко и другие, которые составили славу русского искусства второй половины XVIII века. К ним относится и один из лучших скульпторов той же эпохи – земляк М. В. Ломоносова Федот Шубин. Его Шувалов «открыл» среди дворцовых истопников, дал ему рекомендацию, указав, что «… истопник Федот Иванов сын Шубной… в резьбе на кости и перламутре дает надежду, что… может быть искусным в своем художестве мастером».
Именно Шувалов еще до Екатерины II вступил в контакт с известными деятелями европейского Просвещения, в частности с Вольтером. Будучи за границей, он посетил знаменитого просветителя в его усадьбе в Фернее. По инициативе И. И. Шувалова Елизавета Петровна поддержала идею поручить Вольтеру написать историю правления Петра Великого, что и было исполнено. В связи с этим Вольтер был принят в почетные члены Петербургской Академии наук, чем весьма гордился. Значительную часть своих средств Шувалов тратил на приобретение книг и картин известных европейских мастеров. Он стал обладателем одной из лучших в России библиотек. Немалая часть книг была им подарена Московскому университету. Более ста картин, включая произведения Рембрандта, ван Дейка, Рубенса, Тинторетто, он передал в Академию художеств.
