Mannen var en gång specialist på kemiska och biologiska vapen för Saddam Hussein, den irakiska ledare som störtades av den amerikanska invasionen 2003, irakiska och amerikanska källor berättade amerikanska medier.
Han hette Sleiman Daoud al-Afari och uppges ha gripits förra månaden.
I ett uttalande till BBC, Pentagon skulle inte bekräfta hans tillfångatagande.
Men dess talesman bekräftade att de amerikanska specialstyrkorna hade inlett operationer i Irak - en del av en mer aggressiv strategi mot IS.
Han har redan berättat för förhörsledarna hur senapsgasen lastas i granater, berättade amerikanska källor för New York Times.
Förra månaden meddelade källorna till den globala kemiska vakthunden, Organisationen för förbud mot kemiska vapen (OPCW), att svavelsenap hade använts förra året i en attack mot kurdiska styrkor i Irak som skyllde på IS.
Om det bekräftas skulle det vara den första kända användningen av kemiska vapen i Irak sedan Saddams fall.
Afari identifierades som tidigare anställd vid den militära industrialiseringsmyndigheten, som fungerade under Saddam, som använde giftgas mot Iraks kurdiska folkgrupp under 1980-talet.
Okända amerikanska försvarskällor berättade för New York Times att Afari hölls i Irbil, ett kurdiskt fäste i norra Irak.
Han ifrågasätts om IS planer på att använda senapsgas, vilket är förbjudet enligt internationell rätt, i Irak och Syrien, säger tidningen.
Den påstådda IS-vapenexperten rapporterade att han hade gett sina fångvaktare detaljer om hur gruppen hade avväpnat senapsgas till pulveriserad form och laddat den i artilleriskal.
En försvarstjänsteman som citerades i tidningen sade att gasen inte var tillräckligt koncentrerad för att döda någon, utan att den kunde lemlästa människor.
Senapsgas, som är flytande vid omgivande temperatur, är ett kraftigt irriterande och blåsbildningsmedel som orsakar allvarliga skador på hud, ögon och andningsorgan och inre organ.
Internationella Röda korsets kommitté (ICRC) besökte fången efter att ha underrättats om hans tillfångatagande av amerikanska tjänstemän, tillägger tidningen. Inga detaljer gavs.
Två icke namngivna irakiska underrättelsekällor som citerats av nyhetsbyrån Associated Press beskrev Afari som chef för IS-enheten som försöker utveckla kemiska vapen.
En talesman för Pentagon sade till BBC på onsdag: " Jag kan inte bekräfta dessa rapporter.
"Vad jag kan berätta är, och som [Defense] sekreterare [Ashton Carter] nyligen sade, har Expeditionary Targeting Force [ETF] inlett operationer i Irak, men vi kommer inte att diskutera detaljerna i dessa uppdrag när det riskerar att äventyra operativ säkerhet.
"Ett av stiftelsens mål är att fånga Isil [IS] ledare. Alla frihetsberövanden skulle vara kortsiktiga och samordnade med irakiska myndigheter."
Amerikanska tjänstemän meddelade förra veckan att en amerikansk kommandostyrka hade tillfångatagit en IS-ledare i Irak utan att ge sitt namn.
IS, en fundamentalistisk Sunni Muslimsk grupp även känd som Daesh, är ökänd för sina brutala metoder för att vinna territorium i Irak och Syrien.
Den hävdade ett antal förödande vapen- och bombattacker utanför regionen 2015, särskilt attackerna mot Paris och nedfallet av ett ryskt flygplan över Egypten.
Förra veckan varnade Förenade kungarikets nationella chef för polisen mot terrorism, biträdande kommissionsledamot Mark Rowley, för att IS kanske planerar ett "spektakulärt" angrepp i Förenade kungariket.
En expert på kemiska vapen från Islamiska statens (IS) grupp i Irak har tillfångatagits av amerikanska specialstyrkor och ifrågasätts, säger rapporter.