李治廷生活在一个多文化交融的家庭，幼年曾在加拿大居住，5岁时回到香港。
李治廷在中学遇到一位音乐老师，给他音乐的启发和教育。他每天都会花8到10个小时弹吉他，由放学后开始，弹至5点左右就吃饭，饭后再继续弹，直到晚上12点，之后才做功课，然后才休息。
16岁时的李治廷已经想过要做歌手，在他17岁那年他跟爸爸去一位叔叔开的录音房玩音乐，遇到了A-music的高层王凯文，后来在一个音乐派对上，李治廷见到黎明。进入黎明的A MUSIC东亚唱片和PACIWOOD经纪公司，随后包办师姐卫兰英文专辑《Morning》所有歌曲的填词。
在18岁的时候，李治廷考上了英国伦敦帝国理工学院，攻读物理专业，而非音乐专业。在英国留学期间，李治廷喜欢跟当地的留学生组乐队，他笑称他们乐队是London U乐队。同时在校期间不断将其个人创作的音乐作品寄回公司。
2008年，李治廷大学毕业回港，签约黎明的A-music唱片公司，正式进入娱乐圈。
2009年，制作个人第一张专辑《今天开始》，获得当年香港多个音乐颁奖礼的新人奖。同年凭借处女电影作《岁月神偷》里表现及对剧中主题曲《岁月轻狂》的演绎夺得香港电影金像奖最佳新人奖和最佳原创电影歌曲两项大奖。
2010年，在香港导演叶伟民执导的电影《李小龙我的兄弟》中扮演李小龙，并在以怀念哥哥张国荣为题材的电影《为你钟情》中饰演了八十年代学生王子张伟杰。
2012年，与郭富城，梁家辉合作主演动作电影《寒战》，在片中扮演廉政公署首席调查主任张国标。
2013年，在性感喜剧电影《一夜惊喜》中扮演痴情体贴的暖心男张童宇，与范冰冰饰演的米雪展开了一段甜蜜的爱情。
2014年，主演古装剧《武媚娘传奇》，饰演唐高宗李治；同年与文咏珊再度携手合作出演惊悚片《怪谈》饰演恐怖片剪辑师子梁。同年出演郭敬明导演电影《爵迹》饰演四度使徒霓虹。
2015年，与成龙、张艺兴共同主演唐季礼执导的功夫喜剧电影《功夫瑜伽》。
2015年，东方卫视《花样姐姐》（常驻嘉宾）、浙江卫视《奔跑吧，兄弟》、东方卫视《报告教练》（常驻嘉宾）、江苏卫视《原来是你》
2016年，深圳卫视&搜狐视频《对口型大作战》、乐视视频《你看起来很好吃》、东方卫视《花样姐姐2》（常驻嘉宾）、爱奇艺《姐姐好饿》
2017年，与大鹏、倪妮共同主演袁和平执导的奇幻武侠电影《奇门遁甲》。6月，加盟东方卫视明星旅行体验综艺节目《旅途的花样》；12月，与景甜、于小伟合作出演由金琛执导的都市励志爱情剧《极客江湖》，在剧中饰演海归王阳。同年，参加腾讯视频《脑力男人时代》（常驻嘉宾）、东方卫视《旅途的花样》（常驻嘉宾）、优酷视频《锋味》、东方卫视《青春旅社》等综艺节目。
2018年，与张榕容、白客等合作出演中英合拍喜剧电影《合法伴侣》，在片中饰演一名音乐系高材生，有情感洁癖的青涩男生。4月，搭档张雪迎主演励志传奇剧《白发王妃》，在剧中饰演冷若冰霜不近女色却为一人破例的无忧。同年，与颖儿、付辛博主演共同古装仙侠剧《古剑奇谭贰》，在剧中饰演圣元帝三子夏夷则；同年，参加湖南卫视《幻乐之城》、腾讯视频《超新星全运会》（常驻嘉宾）等综艺节目。
2019年，领衔主演留学题材电视剧《藤科动物也凶猛》；5月，推出和郁可唯合作的单曲《小至》；为电视剧《白发》创作并演唱单曲《若雪》；为电视剧《我的真朋友》创作并演唱单曲《I Know You Know》；获得“年度挚爱突破演员”奖；7月，作客《非常静距离》；湖南卫视《快乐大本营》190706期嘉宾；8月，获得华歌榜2019澳门盛典“年度全能男艺人”，和郁可唯合作的《小至》获年度金曲；9月，出演东方卫视《闪亮的名字》第二季第四集，还原缉毒英雄柯占军的事迹；参加北京卫视大型文化体验类节目《遇见天坛》，第二集嘉宾；10月，北京卫视《跨界歌王》第四季第一期和第十三期嘉宾，跨界盛典第二轮嘉宾，并获得“最佳人气奖”。12月，参加中央广播电视总台跨年盛典，担任演出嘉宾。
2020年，参与腾讯视频出品的能量女团成长综艺《创造营2020》，担任助演嘉宾；6月25日，参与中央广播电视总台端午特别节目《端午道安康》，与叶蓓演唱歌曲《想把我唱给你听》；8月16日，参与江苏卫视蒙面类舞蹈竞演节目《蒙面舞王》，担任猜评团成员；9月28日，搭档孟子义、李艺彤、汪卓成、钟祺等出演了企鹅影视和丝芭影视出品的古装剧《浮世双娇传》在腾讯视频播出；10月29日，主演的电影《我的佣兵生涯》发布海报，该片预计于2021年暑期上映。
极地追击 2022导演韩冠华 主演屈菁菁
合法伴侣2019 饰演古大白 导演黄雷 主演张榕容、白客、鲁伯特·格雷夫斯
奇门遁甲2017-12-15 饰演刀宜长 导演袁和平 主演董成鹏、倪妮、周冬雨
功夫瑜伽2017-01-28 饰演李琼斯 导演唐季礼 主演成龙、张艺兴、母其弥雅
非常父子档2016-11-04 饰演周力岩 导演曹溱模 主演金荷娜、文梅森
爵迹2016-09-30 饰演霓虹（友情客串） 导演郭敬明 主演范冰冰、吴亦凡
寒战22016-07-08 饰演张国标 导演梁乐民、陆剑青 主演郭富城、梁家辉、周润发
O的故事2015-07-17 饰演Aarif 导演张婉婷 主演岑宁儿
怪谈2015-01-29 饰演子梁 导演叶伟民 主演文咏珊、杨洋、朱珠
北回归线2014-10-17 饰演李明 导演郭爽 主演黄龄、吴昕
一夜惊喜2013-08-09 饰演张童宇 导演金依萌 主演范冰冰、蒋劲夫、丹尼尔·海尼
寒战2012-11-08 饰演张国标 导演梁乐民、陆剑青 主演刘德华、梁家辉、郭富城
唯一抉择2012-06 饰演张国标 导演梁乐民、陆剑青 主演杨爱瑾
亲密敌人2011-12-23 饰演亨利马 导演徐静蕾 主演徐静蕾、黄立行、梁咏琪
倾城之泪2011-12-22 饰演游乐 导演黄真真 主演周冬雨、任贤齐、陈乔恩
我爱HK开心万岁2011-02-01 饰演吴明 导演钟澍佳 主演梁家辉、曾志伟、吴君如
李小龙我的兄弟2010-12-25 饰演李小龙 导演叶伟民 主演梁家辉、钟丽缇、叶璇
为你钟情2010-09-02 饰演郭伟杰 导演郭子健 主演文咏珊、卫兰、黎明
岁月神偷2010-03-11 饰演罗进一 导演罗启锐 主演任达华、吴君如、钟绍图
浮世双娇传2020-9-28 饰演薛荣 导演蓝志伟、黄家辉 主演孟子义、李艺彤、汪卓成
藤科动物也凶猛2020 饰演卓鹏 导演李骏 主演徐璐、陈雅婷、刘秋实
白发2019-05-15 饰演宗政无忧 导演李慧珠 主演张雪迎、经超、罗云熙
极客江湖2019 饰演王阳 导演金琛 主演景甜、于小伟、郝好
古剑奇谭贰2018-07-12 饰演夏夷则 导演蔡晶盛 主演颖儿、付辛博、张智尧
武媚娘传奇2014-12-21 饰演李治 导演高翊浚 主演范冰冰、张丰毅、张钧甯
治爱 2014-03-14
Everything 2011-08-16
今天开始 2009-11-27
I Know You Know 2019-05-23
若雪 2019-05-20
小至 2019-05-13
徐克导演我有问题 2017-12-12
谁是老大 2017-11-06
回家路上 2017-01-20
绅士作风 2016-05-13
为梦而战 2015-08-07曲
GODAGODA 2015-04-08
九月鹰飞 2014-09-25
2019-08-30 第22届2019华人歌曲音乐盛典-年度金曲 《小至》 （获奖）
2015-04-23 2015酷音乐亚洲盛典-年度最受欢迎跨界艺人 （获奖）
2015-04-16 第19届全球华语榜中榜-Channel[V]最佳金曲（港台） 《飞》 （获奖）
2015-04-16 第19届全球华语榜中榜-Channel[V]最佳原创歌手 （获奖）
2015-04-11 第三届音悦V榜-年度风向艺人 （获奖）
2014-12-14 2014音乐先锋榜-年度最佳先锋创作歌手 （获奖）
2014-12-14 2014音乐先锋榜-年度最佳全球首播歌曲 《不可思议》 （获奖）
2014-08-26 2014新城国语力颁奖礼-全国创作歌手 （获奖）
2014-08-26 2014新城国语力颁奖礼-新城国语力歌曲 《睡蔷薇》 （获奖）
2014-04-15 第二届音悦V榜-最佳SNS人气歌手 （获奖）
2014-04-15 第二届音悦V榜-年度合唱金曲 《一夜惊喜》 （获奖）
2013-12-05 第一届伦敦国际华语电影节-最佳原创电影音乐 （获奖）
2013-11-30 2013年音乐先锋榜-最佳影视歌手 （获奖）
2013-11-30 2013年音乐先锋榜-最受欢迎对唱金曲 《一夜惊喜》 （获奖）
2013-03-17 第九届劲歌王金曲金榜-劲歌王全能艺人 （获奖）
2013-03-17 第九届劲歌王金曲金榜-劲歌唱作人 （获奖）
2011-11-18 第八届劲歌王金曲金榜-金曲奖 《尼古拉》 （获奖）
2011-11-18 第八届劲歌王金曲金榜-劲歌唱作人 （获奖）
2011-11-18 第八届劲歌王金曲金榜-劲歌王全能艺人 （获奖）
2010-08-21 第七届劲歌王金曲金榜-影视金曲奖 《岁月轻狂》 （获奖）
2010-08-07 2010新城国语力颁奖礼-热播冠军歌曲大奖 《岁月轻狂》 （获奖）
2010-08-07 2010新城国语力颁奖礼-新城国语力歌曲 《岁月轻狂》 （获奖）
2010-05-14 第十届华语音乐传媒大奖-最佳粤语男新人 （获奖）
2010-04-18 第29届香港金像奖-最佳原创电影歌曲 《岁月轻狂》 （获奖）
2010-03-25 IFPI香港唱片销量大奖-最畅销本地男新人 （获奖）
2010-01-27 2009年SINA MUSIC乐坛民意指数-我最喜爱男新人金奖 （获奖）
2010-01-01 2009年度叱咤乐坛流行榜-叱诧乐坛生力军男歌手金奖 （获奖）
2009-12-26 香港新城劲爆颁奖礼-新人王男歌手 （获奖）
2009-12-26 香港新城劲爆颁奖礼-新城劲爆创作专辑 《今天开始》 （获奖）
2015-08 第17届华鼎奖中国古代题材电视剧最佳男演员奖 武媚娘传奇 （获奖）
2014-10 第14届华语电影传媒大奖最受瞩目表现奖 一夜惊喜 （获奖）
2013-12 第1届伦敦国际华语电影节最佳男主角奖 一夜惊喜 （提名）
2013-12 第1届伦敦国际华语电影节最佳新锐演员奖 一夜惊喜 （获奖）
2012-08 第31届大众电影百花奖最佳男配角奖 岁月神偷 （提名）
2012-02 第2届华语电影产业盛典杰出跨界表现奖 （获奖）
2011-06 第11届华语电影传媒大奖最佳新演员奖 岁月神偷 （提名）
2011-03 第5届亚洲电影大奖最佳新演员奖 岁月神偷 （提名）
2010-04 第29届香港电影金像奖最佳新人奖 岁月神偷 （获奖）
2010-03 2010年度香港电影导演会颁奖礼-年度新晋演员银奖 岁月神偷 （获奖）
2019-08-30 2019华人歌曲音乐盛典-年度全能男艺人 （获奖）
2019-05-28 OK!挚爱风格大赏-年度挚爱突破演员 （获奖）
2015-12-31 2015国剧盛典年度最受欢迎全能艺人 （获奖）
2015-11-14 “风从东方来”娱乐影响力盛典“娱乐影响新势力”奖 （获奖）
2013-12-22 2013百度沸点-飞跃成就男演员 （获奖）
2012-12-05 2012时尚先生-年度新锐势力人物奖 （获奖）
2010-11-27 2010星尚大奖-星尚潜质先锋人物 （获奖）
出身优越的李治廷，可不是狂放不羁的“纨绔子弟”，而是时刻都展现出绅士风度的“花样暖男”，香港导演郭子健曾夸奖他：“他就像是我小时候那个年代的白马王子，很优雅”。郭子健称李治廷的身上有一种‘属于过去的感觉’，他的秀气绝对不属于这个年代，绅士感非常浓烈。
《岁月神偷》监制张婉婷称李治廷有礼貌、很绅士，且说话不会有懒音（香港一些年轻人说广东话都很懒惰，讲话不会太纯正的发音，称之为懒音）。
吴君如称赞李治廷不温不火，有贵族的气质。
他除了天生丽质俊俏阳光的外形，以及精通多种乐器音乐创作天分，更让人惊喜的是，初露头角就大放异彩的他，私下谈吐举止间自然流露出良好的教养，不卑不亢的斯文礼貌和谦虚努力，的确是令人期待的闪亮新星。（原凤凰卫视主播王菁瑛）
