李小璐祖籍安徽，1981年9月30日出生于北京。爷爷是八一电影制片厂的老员工，童年在北京八一电影制片厂的大院度过。父亲李丹宁是八一厂的导演、演员，母亲张伟欣是上世纪八十年代最著名的女演员之一。
1984年，出演个人首部电视剧作品《孔子青少年时代》。
1985年，出演个人首部电影作品《小岛》。
1986年，李小璐与朱时茂合作出演剧情片《我只流三次泪》。
1998年，李小璐主演的剧情片《天浴》上映，其在片中饰演的是青春萌动，却命运悲惨的女主角文秀，她凭借该片获得第三十五届金马奖最佳女主角奖、法国水城首届亚洲电影节最佳女演员奖。
2000年，主演梦继执导的青春剧《都是天使惹的祸》，她在剧中饰演俏皮的小护士林小如。2001年，与陈志朋、邓萃雯合作主演古装剧《少年英雄之洪文定》；此外，她还参演了悬疑剧《红色警戒》。
2002年，李小璐与吕丽萍、李晨联袂主演的清装宫廷剧《十三格格》开拍，她在剧中饰演十三格格爱新觉罗·毓琳；而其与张卫健、李冰冰等人合作主演的古装武侠剧《少年张三丰》也于同期播出；2月16日，主演的青春偶像剧《青春的童话》播出，剧中她饰演了漂亮、文静的莫南；同年，她与林志颖、TAE、天心合作主演的古装武侠剧《绝世双骄》在台湾播出，李小璐在剧中饰演紫嫣。
2003年，李小璐出演的现代青春剧《天空下的缘分》播出；随后，主演《都是天使惹的祸》的姐妹篇《我的淘气天使》，在剧中饰演导游培训班的学员程小鹿；同年，出演的反腐剧《大江东去》播出。
2005年，主演的都市言情剧《爱比恨多一点》播出，李小璐在剧中饰演婴子；4月24日，主演的爱情电影《我心飞翔》在北京人民大会堂举办首映式；随后，在主演的爱情片《恋爱地图》中饰演慵懒的弄堂女孩小蕴，她凭借该影片获得罗马尼亚国际电影节最佳女演员奖；5月1日，她发行了个人首张音乐专辑《我的淘气天使》，收录了《我的淘气天使》、《离开地球表面》等在内的10首歌曲；随后，与任泉等人合作主演的古装神话剧《赤子乘龙》播出，她在剧中饰演龙族公主水玲珑；11月，与孙松、韩影合作主演的青春剧《刻骨铭心的爱》播出，李小璐在剧中饰演被荆浩暗恋的未婚妈妈林小溪；此外，她还出演了民国剧《风吹云动星不动》。
2006年，与李威合作主演了爱情剧《麻雀爱上凤凰》，在剧中饰演丁晓彤。2007年5月，与佟大为、马伊琍等人合作主演的励志爱情剧《奋斗》播出，在剧中饰演杨晓芸；8月16日，主演的动作片《天堂口》上映，她在影片中饰演感情单一的痴情妓女素珍。
2008年，与陆毅、李冰冰等人合作主演的古装武侠剧《八大豪侠》在辽宁卫视播出，她在剧中饰演古灵精怪、骗术高明的“女骗神”乐千千；随后，发行了首张个人音乐EP《东方美》；同年，她还主演了喜剧电影《桃花运》。
2009年，与保罗·麦库甘、达科塔·法宁合作出演的好莱坞科幻电影《异能》上映，在片中饰演可以读取别人脑中思维的超能力女子；7月24日，与徐峥、乔任梁合作主演的喜剧电影《夜店》在中国大陆上映；同年，她还与贺军翔联袂主演了爱情喜剧电影《七天爱上你》，并演唱了片尾曲《把美丽留下》；12月，李小璐正式签约北大星光；此外，她还主演了战争剧《战北平》。
2010年，主演的喜剧电影《人在囧途》、恐怖惊悚片《等着你回来》相继上映。
2011年，与贾乃亮合作主演的都市生活剧《当婆婆遇上妈》在东方卫视首播，在剧中饰演对人温婉周全，诚心相待的罗佳；随后，主演的古装宫廷剧《唐宫美人天下》播出，在剧中饰演美丽、聪慧的贺兰心儿。
2012年，主演的家庭情感剧《AA制生活》播出，李小璐在剧中饰演了外表乖巧聪颖，内心却时常充满叛逆，性格直爽单纯，对感情专一执着又带着一些任性的何琪；随后，其主演的现代轻喜剧《金太狼的幸福生活》播出。
2013年，主演沈东执导的奇幻爱情电影《时光恋人》；11月6日，主演的网络剧《女人帮·妞儿第二季》播出；12月19日，与葛优、白百何、郑恺联袂主演的喜剧电影《私人订制》上映，在片中饰演“私人订制”公司的梦境重建师小璐。
2014年，李小璐与贾乃亮联袂主演的当代都市剧《产科男医生》在东方卫视、江苏卫视、深圳卫视晚间黄金时段首播，她在剧中饰演产科女医生钱小小；同月，与约翰·罗宾逊、芦菲、王姬等人合作主演的爱情电影《古堡之吻》上映，在影片中饰演羌族姑娘媛妮。
2015年，担任科学竞技真人秀节目《最强大脑》特邀嘉宾；同年，主演袁英明执导的都市情感剧《守护丽人》，并在剧中饰演了从蜜糖云端跌入寻常胡同的富家女林佳一；11月27日，主演的犯罪悬疑片《消失的凶手》在中国内地上映，她在片中饰演赌场千金以及松东路的未婚妻常胜；随后，她还与陈学冬、张艺兴合作主演喜剧电影《从天儿降》。
2016年，李小璐与贾乃亮主演的励志悬疑剧《煮妇神探》在浙江卫视播出，在剧中饰演女主角苟吉祥；同年，她还主演了表珉洙执导的都市爱情轻喜剧《你这么爱我，我可要当真了》；随后，出演的青春励志剧《我们的少年时代》开机。
2017年，客串的喜剧片《东北往事之破马张飞》在中国大陆上映；3月，凭借都市情感剧《守护丽人》获得中国电视剧品质盛典年度品质表演剧星奖；此外，她还主演了都市情感悬疑剧《读心》；10月，其参加的东方卫视原创真人秀节目《青春旅社》播出。
读心2019-08-08 饰演姚遥 导演卢伦常 主演李佳航
守护丽人2017-01-01 饰演林佳一 导演朱少杰、袁英明 主演张译、吴谨言、李智楠
煮妇神探 2016-01-08 饰演苟吉祥 导演吴锦源、陈国华、刘镇明、冯柏源 主演贾乃亮、刘恩佑、吕一
你这么爱我，我可要当真了2016 饰演杨五斤 导演表民洙 主演蒋劲夫、庞瀚辰、姜妍
我们的少年时代2017-7-9 饰演安谧 导演成志超 主演薛之谦、TF Boys、唐禹哲
古剑奇谭2014-07-02 饰演韩休宁（客串） 导演梁胜权 主演李易峰、杨幂、钟欣桐
产科男医生2014-05-07 饰演钱小小 导演周德华 主演贾乃亮、朱铁、高蓓蓓
女人帮·妞儿第二季2013-06-11 饰演伊一 导演金琛 主演甘薇、熊乃瑾
金太狼的幸福生活 2012-05-22 饰演米小米 导演余淳 主演宋丹丹、王雷、范明
AA制生活 2012-04-02 饰演何琪 导演赵晨阳 主演任重、马苏、曹炳琨
唐宫·美人天下 2011-10-21 饰演贺兰心儿 导演李慧珠 主演张庭、明道、郑国霖
当婆婆遇上妈 2011-07-20 饰演罗佳 导演田有良 主演潘虹、李勤勤、贾乃亮
敲敲爱上你2009-04-12 饰演唐清舞 导演柯钦政 主演郭品超、明道、吴亚馨
战北平2009-02-06 饰演柳蘩瑜 导演胡雪桦 主演蒲巴甲、任程伟、郑晓宁
第一种危机2007-08-27 饰演肖弱语 导演王永 主演冯绍峰、陶泽如、王庆祥
麻雀爱上凤凰2007-06-25 饰演丁晓彤 导演杨冠玉 主演李威、洪小铃、姚元浩
奋斗2007-06-08 饰演杨晓芸 导演赵宝刚 主演文章、马伊琍、佟大为
刻骨铭心的爱2006-11-13 饰演林小溪 导演雷献禾 主演张铎、荆浩、孙松
八大豪侠2005-12-15 饰演乐千千 导演王晶 主演黄秋生、刘松仁、陈冠希
风吹云动星不动2005-11-25 饰演钮曼蝉 导演刘心刚 主演杨恭如、黄觉、王志飞
爱比恨多一点2005-04-01 饰演秦婴子 导演陈健 主演丁子峻、何赛飞、常铖
赤子乘龙2005-03-18 饰演水玲珑 导演郑伟文 主演任泉、林湘萍、陈秀丽
十三格格2004-02-03 饰演毓琳 导演孙树培 主演吕丽萍、李晨
大江东去2003-11-12 饰演沈冰冰 导演雷献禾 主演李幼斌、何政军、潘雨辰
我的淘气天使2003-08-09 饰演程小鹿 导演欧凡 主演常铖、严顺开
天空下的缘分2003-05-20 饰演阿眉 导演钱永强 主演张丰毅、李冰冰、陈小春
青春的童话2002-02-16 饰演莫南 导演萧锋 主演任斯璐、潘粤明、丛珊
少年张三丰2002-02-05 饰演明道红 导演梁德龙 主演苏有朋、张卫健、李冰冰
绝世双骄2002-01-18 饰演紫嫣 导演夏玉顺 主演林志颖、天心、恬妞
少年张三丰2002 饰演小莲 导演王忠 主演何家劲
都是天使惹的祸2001-05 饰演林小如 导演梦继 主演任泉、张延
少年英雄之洪文定2001 饰演蓟罘藟 导演杨绍雄 主演陈志朋、何美钿、邓翠雯
吕布与貂蝉2001 饰演耳朵 导演陈凯歌 主演黄磊、陈红、傅彪
红色警戒2001 饰演魏亦凤 导演而立 主演吴若甫、刘小峰、池华琼
迷侠2000-03-13 饰演阿咪 导演鞠觉亮、郑健荣、吴家骀 主演黄文豪、恬妞
乡野奇谈之长寿不老猴1999 饰演翠烟 主演翁家明、陈鸿烈、陈观泰
母亲1998 饰演灵芝 导演高力强、曲立君 主演岳红、王虎城、刘敏涛
柏油马路上的战争1987 牛朗寻织女1986 在我们的城市里1985
孔子青少年时代1984 饰演小孔子
东北往事之破马张飞2017-02-03 饰演李小璐 导演郭大雷 主演贾乃亮、马丽
从天儿降2015-12-04 饰演鹿米嘉 导演巍楠、魏民 主演张艺兴、陈学冬、姜雯
消失的凶手2015-11-27 饰演常胜 导演罗志良 主演刘青云、林家栋、江一燕
古堡之吻2014-05-08 饰演睦 导演田芬 主演芦菲、约翰·罗宾逊、王姬
私人订制 2013-12-19 饰演小璐 导演冯小刚 主演葛优、白百何、宋丹丹
时光恋人2013-09-06 饰演苏琳 导演沈东 主演立威廉、伊能静、李威
借室还魂2010-07-28 饰演小芙蓉 导演叶永健 主演吴建豪、黄德斌、加护亚依
等着你回来2010-07-28 饰演小芙蓉 导演叶永健 主演吴建豪
人在囧途2010-06-04 饰演娜娜 导演叶伟民 主演徐峥、王宝强、左小青
无敌销房队2010 饰演月亮 导演张国庆 主演巫刚、董可飞、薛皓文
金太狼爱米小米 2012-05-22 电视剧《金太狼的幸福生活》片尾曲
落花 2011-11-01 电视剧《唐宫美人天下》主题曲
主宰 2010-07-01
爱，复活 2010-01-11
一起拥有爱 2008-05-13 汶川地震赈灾歌曲
2017 2017中国电视剧品质盛典年度品质表演剧星 守护丽人 （获奖）
2012 第8届华鼎奖最佳电视剧女主角 （获奖）
2008 第13届釜山国际电影节新星奖 （获奖）
2006 第1届罗马尼亚布加勒斯特电影节最佳女演员 关于爱 （获奖）
2006 罗马尼亚国际电影节最佳女演员奖 恋爱地图 （获奖）
1999 第1届法国多维尔亚洲电影节最佳女演员奖 天浴 （获奖）
1999 第16届巴黎国际电影节最佳女演员 天浴 （获奖）
1998 第35届台湾电影金马奖最佳女主角奖 天浴 （获奖）
2005 第2届“南方盛典”内地最具人气偶像 （获奖）
2005 “孩子的选择盛典”最粉红女明星 （获奖）
2004 搜狐2003娱乐界十大闪闪红星 （获奖）
2003 “2003巨星炫风超级盛典”内地最具风格突破创意女演员 （获奖）
出身艺术之家的李小璐，有着小巧的身材、清脆的嗓音、灵动的大眼睛，俏皮又可爱。李小璐从小童星到昔日中国大陆的人气偶像再到2012年的实力派“三科影后”，从清纯到妩媚的完美演绎，都离不开她的努力。（央视网评）
在剧情片《天浴》中，那个为了回城而牺牲自己贞操的小知青秀文，被李小璐演绎得十分的形象生动，她身上所表现出来的气质，以及小小的年纪对演戏的领悟能力，都很出乎意料。（陈冲评）
李小璐的形象一直给人时尚新潮的感觉。在网络剧《女人帮·妞儿第二季》中，李小璐颠覆一贯甜蜜、乖巧的荧屏形象，换上了齐耳短发造型，身穿黑色背心、牛仔裤，加上冷峻的表情，中性帅气，造型时尚热辣。（都市晨报评）
