1917年12月20日，李佩出生在江苏镇江的一个书香门第之家。
1924至1930年，李佩先后在北京慕贞小学、培元小学、教会学校贝满女中读书。
1936年9月，李佩考入北京大学经济学系。
抗战期间，北大南迁，李佩也辗转至昆明西南联合大学，曾任西南联大学生会副主席。大学毕业后，李佩在中国劳动协会重庆分会工作，从事劳工福利与国际联络，参与改善工人生活条件等诸多进步活动，帮助把美国劳动协会的捐款送到延安解放区。
1945年，李佩随朱学范（中国工会领导人）、邓发（中国共产党早期领导人之一）出席了在巴黎举行的国际工会联合大会，之后还出席了第一届世界妇女大会。
1947年2月，李佩赴美国康奈尔大学工业与劳工关系学院学习工商管理。
1948年2月，李佩与西南联大学长、康奈尔大学教授郭永怀结婚。
1951年，在康奈尔大学语言学系教授中文。
1956年10月，李佩与郭永怀携幼女郭芹，冲破层层阻力举家回到祖国，投入新中国建设事业中。回国后，负责中关村后勤建设，她创办了医院、西式点心店等。在50年代，李佩曾申请加入中国共产党。
1961年2月，李佩调入中国科学技术大学，担任外语教研室英语教师。
“文化大革命”中，李佩受到较大冲击，被隔离审查长达6年多。1968年12月5日，郭永怀不幸因公殉职。
1970年2月，李佩随中国科大南迁至安徽省合肥市。
从1970年到1973年底，她在科大接受隔离审查，监督劳动，不能工作，来往的信件也要被检查，只是没人贴她的大字报。
1976年暑假，李佩奉调回北京。
1978年4月，出任新成立的中国科学技术大学研究生院（后改称中国科学院研究生院，即今中国科学院大学前身）外语教研室主任。
1980年12月，李佩正式加入中国共产党。
1984年，李佩将自己著书所得的200元稿费全部交作了党费。
1987年，离休后，李佩抱着“让老年人独立自主地选择和安排晚年生活”的宗旨发起成立了“中关村老年互助服务中心”，为社区老年人提供义诊、上门配眼镜等服务。
1993年10月起，李佩享受政府特殊津贴。
1996年，李佩唯一的女儿郭芹因病去世。
2003年，在中国科学技术大学45周年校庆之际，李佩将郭永怀荣获的“两弹一星”元勋金质奖章，捐赠给中国科学技术大学档案馆永久保存。
2008年，李佩将毕生的60万元积蓄，分别捐献给中国科学技术大学和中国科学院力学研究所设立的郭永怀奖学金。
2016年5月23日，李佩因肺部感染在中关村医院住院治疗；6月29日，转入中日友好医院。经中央组织部批准，李佩享受副部级住院医疗待遇。因病住院期间，中央组织部常务副部长陈希，中国科学院院长白春礼，中国科学院副院长、国科大校长丁仲礼，中国科学院副院长谭铁牛，中国科学院副秘书长邓勇，以及中国科学院大学领导，曾经多次到医院看望。
2017年1月12日1时26分，李佩因病医治无效，在北京中日友好医院去世，享年99周岁。
1978年，邓小平同志主持召开了全国科学技术大会，教育部和科学院分别部署大规模招收研究生的计划。来自全国各地的800多名研究生聚集到了研究生院。李佩带领刚分配到研究生院的3位北京大学工农兵学员开始了外语教学部的筹建工作。缺少教员，没有教材，李佩开始寻找“千里马”。她用3种办法找老师：一是“挖墙脚”，请大学的教师兼职，请退休教师；二是到科学院信访办公室看有无求职的人；三是办应用语言学研究生班，自己培养师资。
1978年，李佩白手起家组织创办了中科院研究生院外语教学部。她编写的英语教材荣获国家优秀教材奖。她还举办了国内首期应用语言研究生班，为该学科在国内正式建立做了开拓性的工作；率领同事们创建了非英语专业博士研究生学位英语培训班，为中国科学院京区各研究所开办了高研英语进修班、出国人员英语培训班等多层次外语培训项目。
1979年，为给中国培养物理人才，美国哥伦比亚大学的美籍华裔物理学家李政道教授提议举办了“中美联合招考物理学学生”（CUSPEA）的项目，该项目实施10年，950多位中国优秀学生赴美国一流大学留学。李佩负责了历届CUSPEA项目英语笔试的出题和评卷工作，并参与了口语面试。因为通过考试的学生成绩优异，当初在美国部分大学的推荐信中，英文水平证明书中只要有李佩的签名，都会得到认可。
1978年，政府开始派遣留学生，但国家财政拿不出大量外汇用于出国培训，出国留学难上加难。另外一个情况是，第二次世界大战和冷战促进了西方科学技术的飞速发展，美国大学向研究生提供了大量的资助，但当时的中国对这些情况并不十分了解。1979年中美正式建交，10月，外教Mary小姐向李佩提出向学生介绍美国大学招收研究生的办法，鼓励大家去争取美国的奖学金，但又担心学生因此会受处分。深知国情的李佩也知道其“法”可行，其“罪”难当，于是向当时任研究生院的副院长彭平请示，几天后，彭平对Mary和李佩说：“我已经老了，也没有什么可以怕的，你们就这么办吧。”在院方的默许下，不到一年，近百名同学从美国各大学获得了奖学金，飘洋过海留学美国，从此启动了当代中国的“自费留学潮”。
1986年，李佩主持创办科技翻译协会，带着力学所的一群科研骨干，学习翻译外国的经典学术论文。
离休后，李佩把专家请到社区来，办一个社区版“百家讲坛”。除了每周给中关村的老人们上两个半天的英文课以外，每周五的下午两点，是她组织的讲坛固定“开坛”的时间。凭借她的威望，黄祖洽、何祚庥、杨乐、厉以宁等专家学者被她邀来开讲座。
2003年7月，“非典”疫情之后，李佩主持了“中关村人SARS后的思考”讨论会，与会者讨论了公众的知情权、社区环境建设和垃圾分类问题。
中关村大讲堂关闭后，她还坚持在力学所内开设钱学森科技思想探讨会，并一直参与发言。
第四届北京十大杰出青年杨佳，22岁时考入中科院研究生院成为李佩的得意弟子，24岁时留校教英语。29岁时双目失明。杨佳从头学习盲文，把学生的作业扫描进电脑，靠语音系统转换成声音给学生判作业。她为博士生们开设了20多门英语课程，恩师李佩亲自为她的新书《研究生英语阅读》作序。在李佩的鼓舞下，杨佳失明8年后又走入哈佛大学肯尼迪学院，用一年时间以全优成绩获得公共管理硕士学位，被称为哈佛的骄傲。
中国科学院大学党委副书记马石庄是李佩的学生之一。
曾多次获得学校优秀共产党员、先进个人称号。
中科院“三八”红旗手
中科院先进工作者
北京市高教系统教书育人先进工作者
中科院老有所为精英奖
中央国家机关优秀共产党员
人事部早期回国定居专家
中国科学院“巾帼建功”活动标兵
中国科学院研究生院突出贡献荣誉奖
中国科学院教书育人特别贡献奖
全国归侨侨眷先进个人
第八届全国健康老人
