1990年，李沁在江苏省昆山市巴城镇出生，那里是昆曲的发源地，也是李沁的家乡 。2001年，11岁的李沁进入巴城镇石牌中心小学开办的戏曲兴趣班接受戏曲基本功培训 。2002年，正值李沁12岁，为了能够继续留在学校学习戏曲，她向妈妈保证不会耽误自己的学业。
2003年，李沁参加了“苏外之夜”戏曲专场晚会的演出，而她则相继在锡剧《沙家浜》中饰演阿庆嫂 、在越剧《梁祝·十八相送》中饰演祝英台、在昆剧《牡丹亭·游园》中饰演杜丽娘，并凭借《牡丹亭·游园》获得了第7届中国少儿戏曲小梅花荟萃活动金花奖。
2004年，李沁考入了上海戏校学习专业的昆曲表演艺术，而此后她也被时任上海昆剧学院院长的蔡正仁选中，成为了该院的第五代“杜丽娘” 。
2010年，其主演的古装剧《红楼梦》正式播出，李沁则凭借对少年薛宝钗的演绎获得了南方影视盛典金南方年度最受媒体关注奖和金南方年度最佳新人奖 ；此后，又与众多艺人共同出演了中国共产党建党90周年献礼片《建党伟业》，并在片中饰演了中国妇女解放运动的倡导者和实践者之一的杨开慧，而她也凭借此角色获得了第31届大众电影百花奖最佳新人奖提名 ；同年，李沁还与谷智鑫搭档主演了另一部建党献礼剧《中国1921》，并在剧中再度饰演了杨开慧[17-18] ，该剧播出后则获得了第26届中国电视金鹰奖最佳电视剧奖[19-20] ；此外，她还参演了古装动作喜剧片《神奇侠侣》 。
2011年，李沁主演了革命动作悬疑片《落难神偷》，其在片中饰演了机智勇敢的地下工作者李曼真 ；10月，主演的革命历史剧《将军日记》在央视一套播出 ；随后；她还与林雨申、杨洋、张嘉倪联袂主演了根据九夜茴同名小说改编的都市青春言情剧《花开半夏》，并在剧中饰演了性格坚强，却命运坎坷的女主角夏如画 。
2012年，李沁与林雨申搭档主演的现代家庭情感剧《守望的天空》播出，她在剧中饰演了坚韧不拔且积极乐观的女主角葡萄，而该剧在播出后则获得了第9届中美电影节优秀中国电视剧金天使奖 ；随后，其客串出演的美食爱情喜剧片《饮食男女2012》在全国公映；同年，李沁还与鲁敏宇、叶项明、弦子等人合作主演了中韩合拍的时尚偶像喜剧《有效期限爱上你》 ；10月22日，成立上海李沁影视文化工作室 ，并开始独立发展 ；此外，她还出演了家庭情感轻喜剧《保卫孙子》。纯美
2013年，李沁与何润东、阚清子、张勋杰联袂主演了都市情感励志剧《璀璨人生》，并在剧中饰演了可爱温柔，又善良坚强的向日葵女孩余非 ，而该剧在播出后则取得了全国同时段电视剧收视第一的成绩；随后，又与李易峰、李威、赵文瑄等人合作主演了都市女性复仇剧《千金归来》，她在剧中饰演的是性格单纯，却充满勇气和智慧的豪门千金沈长清 ；同年，李沁还在与明道、胡兵、白歆惠共同主演的浪漫爱情偶像剧《如果我爱你》中饰演了虽出身名门却怀抱着演员梦想的女主角安宁 ；此外，她还出演了运动励志爱情片《神奇》。
2014年，李沁先是与金世佳搭档主演了古装偶像轻喜剧《极品新娘》，剧中李沁饰演了活泼开朗，古灵精怪的美丽女子唐豆豆；随后，又与韩栋搭档主演了现代情感励志剧《情满雪阳花》，并在剧中饰演了虽然家道中落，却依然乐观努力的落难公主叶明珠[32-34] ；同年，李沁还在与吴卓羲搭档主演的都市励志偶像剧《幸福归来》中饰演了因幼年被调换而沦落为渔民之女的富家千金鱼幼薇 ；此外，她还与李威、姚笛、黄觉等人共同主演了现代都市爱情剧《从爱情到幸福》；年底，李沁还凭借在多部剧集中的表现获得了国剧盛典最具潜力女演员奖。寒香见
2015年，李沁主演了青春爱情片《致青春·原来你还在这里》，并在片中饰演了与男主角程铮青梅竹马，且对其一往情深的美丽女孩孟雪 ；同年，她还与众多艺人共同出演了根据同名小说改编的年代恩怨剧《白鹿原》，而其在剧中则饰演了妩媚风情却又一生坎坷悲情的田小娥[37-38] 。
2016年，李沁与angelababy、井柏然等人合作主演了都市奇幻爱情片《微微一笑很倾城》 ，并在片中饰演了清纯可人的校园第一美女孟逸然 ；2月，开始参加江苏卫视恋爱真人秀节目《我们相爱吧》 ；与此同时，她还在与张嘉益、林雨申、刘奕君等人联袂主演的现代热血警匪剧《卧底归来》中饰演了小巧玲珑，楚楚动人的贩毒集团老大之女糖果 ；3月，李沁与张艺兴、郑秀晶共同出演了时尚爱情喜剧片《闭嘴！爱吧》 ；随后，她还与赵丽颖、林更新、窦骁联袂主演了古装热血传奇剧《楚乔传》 ，并在剧中饰演了本性善良，却为爱执着的元淳公主 ；同年，李沁还出演了古装宫斗剧《如懿传》，其在剧中饰演的则是貌美体香，清冷刚烈的容妃寒香见 。骊歌
2017年3月，李沁参加了竞技真人秀节目《奔跑吧第一季》，并与“奔跑团”和其她几位嘉宾在风景美如画的云南大理上演了一场“男女对抗赛”[46-47] ；7月28日，其与众多艺人共同出演的建军九十周年献礼片《建军大业》上映，而她在片中则再一次饰演了杨开慧 ；9月，李沁还首次入选福布斯中国名人榜，排名是第100位 ；12月31日，她还参加了中央电视台跨年晚会，并登台演唱了歌曲《最好的未来》 。
2018年，李沁主演了曹保平执导的现代悬疑片《她杀》 ；8月，她还入选了福布斯中国“30位30岁以下精英”榜（娱乐领域） ；9月3日，其主演的古装玄幻动作剧《斗破苍穹》播出[53-54] 。
2019年2月，李沁参加了中央电视台元宵晚会，并与罗云熙、张彬彬、魏允熙共同演唱了歌曲《团圆年》 ；9月13日，主演的青春仙侠动作片《诛仙Ⅰ》上映，其饰演的角色为刚柔并济，实力不凡的女主人公陆雪琪[56-58] ；随后，与众多艺人主演的现代灾难片《中国机长》在全国上映，李沁在片中饰演了在受伤后仍坚守岗位的五号位乘务员周雅文[59-62] ，而她也凭借该片获得了第三届“金色银幕奖”最佳女配角奖 ；年底，其与张若昀、陈道明、吴刚等人联袂主演的古装科幻权谋剧《庆余年》播出，她在剧中饰演的是纯洁美丽、活泼灵动的晨郡主林婉儿[9-10] 。酷雅
2020年1月24日，李沁在央视春节联欢晚会上与朱一龙、周冬雨、李现、马思纯共同表演了歌舞《你好2020》 ；6月25日，参加央视端午晚会《端午道安康》，并与井柏然合唱了歌曲《春暖花开》 ；7月1日，李沁领衔主演的古装励志爱情剧《锦绣南歌》播出 ，其在剧中饰演的女主角沈骊歌 ，既是武功超群，杀伐决绝的江湖侠女 ，亦是正义善良、智勇双全的将门嫡女 ；8月27日，以排名第72位的成绩再次入选福布斯中国名人榜 ；9月29日，主演的抗疫题材时代报告剧《在一起》之《我叫大连》播出[72-74] ；国庆期间，她还在《“中国梦·祖国颂”——2020国庆特别节目》中与张天爱、Angelababy共同演唱了歌曲《但愿人长久》[75-76] ；并参加了《江山如画国庆音乐会》 ；10月18日，开始担任中国视协新文艺组织和新文艺群体工作委员会委员 ；10月20日，李沁还获得了中国电视好演员奖网剧组优秀演员奖 ；11月19日，主演的古装传奇剧《狼殿下》播出，而她在剧中则饰演了生性洒脱，英姿飒爽的女主角马摘星 [80-81] ；年末，除了在公映的喜剧片《温暖的抱抱》中饰演了性格率真的宋温暖[82-83] ；李沁还参加了《2021迎冬奥相约北京BRTV环球跨年冰雪盛典》 。李沁
2021年，李沁先是在北京电视台春节联欢晚会上参与表演了歌舞节目《少年》 、《相约北京》 ；2月12日，再次参加中央广播电视总台春节联欢晚会，并与杨幂、刘烨共同演唱了歌曲《燃烧的雪花》 ；2月26日，参加《2021年中央广播电视总台元宵晚会》，与金晨、刘浩存等演唱歌曲《出发吧，春天》 ；6月1日，主演的现代军旅剧《爱上特种兵》播出，其在剧中饰演的是温柔独立、敢爱敢恨的心外科军医夏初 ；6月23日，与窦骁搭档主演的都市情感剧《海上繁花》播出，她在剧中饰演了性格单纯善良的杜晓苏 ；7月9日，参演的电影《中国医生》上映 ；8月24日，确定在爱奇艺自制综艺《机智的恋爱》中担任恋爱侦察员 ；9月8日，确定与任嘉伦搭档主演民国奇幻剧《请君》，其在剧中饰演了仗义女寨主于登登 。
2011年3月15日，参加倡导关爱女性，防治乳腺疾病的公益活动“奥丽侬郁金香行动”，李沁作为红楼五星之一，被主办方授予“奥丽侬郁金香爱心大使”的称号，并担任公益大使。
2014年4月2日，李沁在天津参加了世界自闭症日；同年，她还号召大家共同关注自闭症患者，并参加了天塔点亮蓝灯的祈福仪式 。
2016年11月11日，在浙江卫视双11狂欢夜晚会上，李沁与侯佩岑、黄子佼、华少、欧弟、沈凌、刘昊然等人一起成为了这场一年一度狂欢盛典的主持团成员 。
2021年1月，李沁连续第二年入选北京师范大学新媒体传播研究中心、责任云研究院、封面新闻、封面新闻研究院、中国社会责任百人论坛联合发布的《中国影视明星社会责任研究报告》综合排行榜，排名分别为第43和第24位[109-110] ；2021年7月，为河南暴雨灾情捐款50万元人民币 。
李沁出道之后诠释了众多美丽的角色。邻家女孩般可人的气质，清纯靓丽的白皙外形，加上科班出身的扎实演技，让年纪轻轻的她获得了令人羡慕的机会。而李沁纤细的身体里，也总能爆发出强大而惊人的能量，无论是在《璀璨人生》，还是在《花开半夏》里，她都有让人震撼的表演（网易娱乐 、搜狐娱乐评 ）。
在都市励志剧《千金归来》中，李沁与李易峰的“清风组合”被称为2013年最佳荧幕情侣之一。而瓜子脸型，纤细身材和清新灵动的气质则让李沁获得了古装美女的称号（搜狐娱乐 、腾讯娱乐评 ）。
李沁凭借在《极品新娘》中清新脱俗、俏皮可人的气质被网友赞为“90后版小燕子”。剧中的她刁蛮活泼，纯熟的演技和身上浓烈的青春气息，非常符合现代观众的审美标准，大有青出于蓝而胜于蓝之势。而在古装剧《锦绣南歌》中，虽然其饰演的女主角沈骊歌人设漂移不定，观众很难从编剧设定的人物身上获得共情，但无论是果决还是甜美，李沁也能表演到位（网易娱乐 、澎湃新闻评 ）。
