I. Gıyaseddin Keyhüsrev, Sultan II. Kılıçarslan'ın oğludur. İki farklı dönemde (1192-1196, 1205-1211) saltanat sürmüştür. Edip, şair ve âlimleri himaye eder; imar, ziraat ve kültür faaliyetlerini desteklerdi. Âdil bir sultan olup haftanın iki günü bizzat Dîvân-ı Mezâlim'e başkanlık yapardı. Antalya'yı fethederek Anadolu'yu milletlerarası ticaret yollarının merkezi haline getirmiş, Selçuklu Devleti'nin iktisadî durumunu kuvvetlendirmiş, Selçuklu tarihinde ilk defa Venedikliler ve Kıbrıs Krallığı ile bir ticaret antlaşması imzalamıştır. Kayseri'de kız kardeşi adına 602'de (1205-1206) inşa ettirdiği Gevher Nesibe Dârüşşifâsı ve Tıp Medresesi, İslâmî dönemde Anadolu'da yaptırılan en eski hastahane ve dünyanın ilk tıp fakültelerinden biridir. Râvendî, Râhatü's-Sudûr ve Âyetü's-Sürûr adlı eserini Keyhüsrev'e ithaf etmiştir. 

I. Gıyaseddin Keyhüsrev, meliklik döneminde idaresi altındaki uç bölgesinde oturan Türkmenler ve ağabeyleri ile birlikte Bizans İmparatorluğu'na, Alman İmparatoru kumandasındaki Haçlı ordularına ağır kayıplar verdirip Menderes nehrine kadar uzanan Bizans topraklarını fethetti. Bu sırada esir aldığı hristiyan halkını Akşehir'e yerleştirip onlara adil davrandığı için bu esirler ülkelerine dönmek istemediler. Sultanın bu politikasını öğrenen pek çok hristiyan Selçuklu ülkesine göç etti, böylece birçok Bizans şehri boşalmış oldu. 

I. Gıyaseddin Keyhüsrev, daha sonra Avrupa ve Mısır'dan gelen ticaret gemilerinin uğrak yeri olan, dolayısıyla Akdeniz'de önemli bir ihracat ve ithalât limanı durumunda bulunan Antalya'nın fethine girişti. Şehir, bu sıralarda Aldo Brandini adlı bir İtalyan'ın elindeydi. Anadolu'nun diğer yerlerinde olduğu gibi Latin-Rum iktidar mücadelesi sebebiyle Antalya yolu ve limanında güven kalmamış, Asya ve Afrika'dan gelen gemiler soyulmaya başlanmıştı. Şehri kuşatan Keyhüsrev, Aldo Brandini'nin Kıbrıs'tan yardım alarak direnmesi sebebiyle başarılı olamayıp bir ara çekilmek zorunda kaldıysa da Latin idaresinden memnun olmayan Rum ahalinin daveti üzerine kuşatmayı yeniden başlattı ve çok geçmeden şehri fethetti (603/1207); şehrin vali ve kumandanlığına subaşı Mübârizüddin Ertokuş'u tayin etti. Antalya'nın fethinin ardından Anadolu Selçuklu Devleti iktisadî bakımdan büyük gelişmeler gösterdi. Selçuklular ilk defa Avrupalılar'la ticarî münasebetlere girip antlaşmalar yaptılar. Denizli-Lâdik civarında Bizanslılarla yapılan savaşta Selçuklu ordusu galip durumdayken savaş meydanını gezerken bir Rum askeri tarafından şehid edildi (Zilhicce 607 / Haziran 1211). Geçici olarak Alaşehir'e gömülen sultanın cesedi, daha sonra Konya'ya götürülüp Alâeddin Camii yanındaki Sultanlar Türbesi'ne (kümbethâne) defnedildi (1211 Haziran sonu).