Родился 2 сентября 1920 года на станции Алмазная, в семье рабочего. Окончил неполную среднюю школу. Учился летать в аэроклубе города Донецка. С 1940 года в рядах Красной Армии. Окончил Ворошиловградскую военную авиационную школу пилотов в 1943 году и направлен на фронт.

Свой первый боевой вылет Иван Михайличенко совершил 5 июля 1943 года, в первый день Курской битвы. В конце этого сражения был награждён орденом Отечественной войны 1-й степени.Боевая слава пришла к лётчику во второй половине 1943 года в воздушных боях над  Украиной. Лётчик – штурмовик сражался на Воронежском, Степном, 2-м Украинском и 1-м Украинском фронтах.

За годы Великой Отечественной войны совершил 179 успешных боевых вылетов на штурмовку в бомбардировку живой силы и техники врага. В 48 воздушных боях сбил лично 4 самолета и 8 в группе, 6 самолетов противника уничтожил на земле.

Указом Президиум Верховного Совета СССР от 1 июля 1944 года Ивану Харлампиевичу Михайличенко присвоено   Звание Героя Советского Союза с вручением ордена Ленина и медали "Золотая Звезда" за образцовое выполнение боевых заданий, мужество, отвагу и геройство, проявленные в борьбе с немецко-фашистскими захватчиками.

Награждён орденами: Ленина, Красного Знамени  ( четырежды ), Александра Невского, Отечественной войны 1-й степени, Красной Звезды, Славы 2-й и 3-й степени.

После войны Иван Харлампиевич продолжал служить в ВВС и ПВО много летал сам, передавал опыт и мастерство молодежи. Среди его воспитанников был и летчик-космонавт СССР Борис Волынов.С 1962 года подполковник Михайличенко находился в запасе. Жил в Москве. Работал на одном из предприятий города слесарем-сборщиком. Умер 2 июня 1982 году.

В 1949 году в память о заслугах и наградах Михайличенко, в городе Алмазная, на территории средней школы №1, был установлен памятник герою.

22 июня 2016 г почта Луганской Народной Республики в серии «Дважды Герои Советского Союза» была выпущена в обращение марка с портретом Ивана Харлампиевича Михайличенко.