郦道元少年时期，因父亲郦范担任青州刺史，便跟随父母居住青州（今山东省青州市）。
太和十三年（489年），父亲郦范去世，郦道元承袭永宁侯爵位，依例降为伯这一等级。
太和十七年（493年）秋季，北魏迁都洛阳，郦道元担任尚书郎。
太和十八年（494年），跟随魏孝文帝出巡北方，因执法清正，被提拔为治书侍御史。御史中尉李彪认为道元执法公正严厉，自太傅掾引进为书侍御史。
李彪被仆射李冲所弹劾，郦道元也被免职。景明年间（500—503年），郦道元被下放为冀州镇东府长史。郦道元在那里为官三年，为政严酷，人们非常敬畏他，以至于奸人盗贼纷纷逃往他乡，冀州境内大治。后来郦道元又做了鲁阳郡太守，上表朝廷建立学校，推崇教育，教化乡民。朝廷下诏说：“鲁阳原本是南部边境的地区，没有设立过学校。现在可以在那里设立学校，使鲁阳像西汉文翁办学那样成为有文化教养的地区。”郦道元在鲁阳郡的日子，老百姓佩服他的威名，不敢违法。
延昌年间（512—515年），郦道元任东荆州刺史，以威猛为政，就像在冀州一样。当地百姓到朝廷向皇帝告状，告他苛刻严峻，请求前任刺史寇祖礼回来复任。等到寇祖礼回来并派遣戍边士兵七十名送郦道元回京时，两人都因为犯事被罢官。
魏孝明帝正光四年（523年），郦道元担任河南尹，治理京城洛阳。其后，奉诏前往北方各镇，整编相关的官吏，筹备军粮，作好防守边关的必要准备。孝明帝把沃野镇、怀朔镇、薄骨律、武川镇、抚冥镇、柔玄镇、怀荒镇、御夷镇诸镇都改为州，它们的郡、县、戍的名称，令准古城邑。朝廷诏令道元为持节兼黄门侍郎，急速与大都督李崇筹划应设置，裁减去留。恰逢各镇起义叛乱，裁减之事没有结果就返回了。孝昌初年，梁朝派遣将领攻打扬州，然而刺史元法僧又在彭城反叛。诏令道元为持节、兼侍中、兼行台尚书，调度各军，依照仆射李平的先例。军队到达涡阳，叛军战败撤退。后郦道元追逐讨伐，多有斩杀俘获。后来被授任御史中尉。
郦道元执政平素严厉，颇遭豪强和皇族忌恨。但当地豪强却因郦道元为朝廷官吏，不能把郦道元怎么样，他们的声望也随之慢慢下降。皇亲元微诬陷叔父元渊，郦道元力陈事实真相，元渊得以昭雪。元微因此嫉恨郦道元。
司州牧、汝南王元悦宠幸丘念左右亲近的人，常与他们起居。到选州官的时候，多取决于丘念。丘念经常高兴且偷偷地收下元悦送给他的宅第，有时两人还一起去此宅第，郦道元秘密查访得知此事，逮捕了丘念并将其关进监狱。元悦上奏灵太后，请保全丘念之身，便诏令赦免丘念。郦道元（抢在命令下达之前）就把丘念处死，并用此事检举元悦的违法行为。 元悦从此怀恨在心。
北魏孝昌三年丁未十月（527年11月），南齐皇族、北魏雍州刺史萧宝夤在长安（今陕西省西安市）发动叛乱，当时雍州刺史萧宝夤谋反的情况逐渐严重。为了安定长安地区，孝明帝元诩与众大臣商议，决定派一名得力的大臣前往长安巡视安抚，并探明萧宝夤的虚实。侍中、城阳王元徽平素忌恨道元。元微、元悦便使出借刀杀人之计，通过暗示朝廷，且竭力怂恿胡太后任命郦道元为关右大使，去监视萧宝夤。萧宝夤顾虑到郦道元想要平息自己的叛乱，也认为这是朝廷要算计自己，受汝南王元悦怂恿便派遣他的行台郎中郭子恢在阴盘驿亭围住道元。亭在冈下，人们常吃冈下的井水。山冈给郦道元他们带来了安全，也带来了致命的隐患。山冈上没有水源，郦道元赶紧让大家在山冈上挖井。但郦道元已经被包围，掘井十多丈都没有水。因为极度缺水，导致无力抵抗。贼寇于是跳墙而入。郦道元与他的弟弟郦道峻、郦道博，长子郦伯友、次子郦仲友被杀害。 道元死前怒目呵斥贼人，大声斥责而死亡。萧宝夤还是派人殡殓他们父子，停棺在长安城东。
武泰元年（528年）春，魏军收复长安，郦道元还葬洛阳。后被朝廷追封为吏部尚书、冀州刺史、安定县男。三子郦孝友承袭爵位。
《水经注》，《本志》（共十三篇，失传），《七聘》（失传）等。
郦道元勤奋好学，广泛阅读各种奇书，年少立志要为西汉后期桑钦编写的地理书籍《水经》作注。在编纂时他引用的历史文献和资料多达480种（前人著作达437种之多），其中属于地理类的就有109种及郦道元亲身考察所得到的资料，还有不少汉、魏时代的碑刻材料（这些资料大多都已失传）。这又是研究中国文明发展历史的极其宝贵的资料。且《水经注》可称为游记文学的开创者，对后世游记散文的发展影响颇大。
郦道元在地理方面的主要成就在于写成了地理巨著《水经注》。
《水经注》共四十卷（原书宋朝已佚五卷，今本仍作四十卷，是经后人改编而成的），三十多万字，是当时一部空前的地理学巨著。它名义上是注释《水经》，实际上是在《水经》基础上的再创作。此书不仅开创了古代“写实地理学”的历史，而且在世界地理学发展史上也占有重要的地位。
郦道元作为一位杰出的地理学家，郦道元在《水经注》的序言中对前代的著名地理著作进行了许多点评。秦朝以前，已有许多地理类书籍，但当时国家不统一，生产力水平不发达，人们对地理的概念还比较模糊，这些作品中普遍存在的问题就是虚构，如《山海经》、《穆天子传》、《禹贡》等。但郦道元坚决反对“虚构地理学”，他在《水经注》序言中提出了自己的研究和工作方法，那就是重视野外考察的重要性。
所以《水经注》一书中记载了郦道元在野外考察中取得的大量成果，这表明他为了获得真实的地理信息，到过许多地方考察，足迹踏遍长城以南、秦岭以东的中原大地，积累了大量的实践经验和地理资料。全书记述了一千二百五十二条河流，及有关的历史遗迹、人物掌故、神话传说等，比原著增加了近千条，文字增加了二十多倍，内容比《水经》原著要丰富得多（《水经》记录河流137条，而《水经注》则记录河流1252条。《水经》只有1.5万字，而《水经注》竟达30万字）。此书是中国最全面、最系统的综合性地理著作。该书还记录了不少碑刻墨迹和渔歌民谣，文笔绚烂，语言清丽，具有较高的文学价值。
但《水经注》在写作体例上，不同于《禹贡》和《汉书·地理志》。它以水道为纲，详细记述各地的地理概况，开创了古代综合地理著作的一种新形式。《水经注》涉及的范围十分广泛。从地域上讲，郦道元虽然生活在南北朝对峙时期，但是他并没有把眼光仅限于北魏所统治的一隅，而是抓住河流水道这一自然现象，对全国地理情况作了详细记载。不仅是这样，书中还谈到了一些外国河流，说明作者对于国外地理也是注意的。从内容上讲，书中不仅详述了每条河流的水文情况，而且把每条河流流域内的其他自然现象如地质、地貌、地壤、气候、物产民俗、城邑兴衰、历史古迹以及神话传说等综合起来，做了全面描述。
据统计，《水经注》记载的历史上在各地发生的大小战役、战斗不下300次，而且对作战双方不容忽视的地理条件，如山岳、关隘、河川、渡口、桥梁、仓储等进行了详细描述，“实开兵要地理之先河”，为唐以后的地理志书所效仿。专家指出，在地理诸因素中，山和水是冷兵器时代影响战争胜负的两个最重要的地形条件，尤其是山地中的隘口更往往是兵家必争之地。《水经注》重点记载了各地的重要关隘140多处，并且明确提出了“关依人而固”的军事观点，堪称精辟。
因此《水经注》是六世纪前中国第一部全面、系统的综合性地理著述。对于研究中国古代历史和地理具有重要的参考价值。《水经注》不仅是一部具有重大科学价值的地理巨著，而且也是一部颇具特色的山水游记。郦道元以饱满的热情，浑厚的文笔，精美的语言，形象、生动地描述了祖国的壮丽山川，表现了他对祖国的热爱和赞美。且作者在《水经注》中还记述了全国所有河流及其流经区域的地理情况、建制沿革、历史事件及民间传说，为自然科学和人文科学提供了丰富的研究资料。
郦道元一生著述很多，除《水经注》外，还有《本志》十三篇以及《七聘》等著作。但是，流传下来只有《水经注》一种。
郦道元对于后世的主要影响是其著作的《水经注》而衍生出来的郦学。 郦学是指学者对郦道元《水经注》不断研究中逐渐形成的一门学问。
郦学中的考据一流即关注《水经注》文本本身的修补整理工作。由于《水经注》文字生动优美，长期来为士人所喜爱，因此晚期钟惺、谭元春评点《水经注》又发展处词章学派。郦学研究中最后形成的是地理学派，因为《水经注》记叙河流兼及自然地理。杨守敬、熊会贞，撰成《水经注疏》，并绘制《水经注图》，是一部经世致用之书，属于地理学派。地理学派的任务是如何发挥《水经注》的实际功效，使其更好发挥其价值。近代以来地理学派的代表杨守敬、熊会贞所作《水经注疏》是《水经注》研究的重大成果，使《水经注》的地理学价值得到更好的发扬，推动了郦学的发展。
《魏书》：①道元素有严猛之称。②道元好学，历览奇书。撰注《水经》四十卷、《本志》十三篇，又为《七聘》及诸文，皆行于世。然兄弟不能笃穆，又多嫌忌，时论薄之。
《北史》：道元素有严猛之称，权豪始颇惮之。
北魏朝廷：①王化之成，兴于文教；民俗之厚，系于郡守。欲其上答天心、下安民命，讵能多得？②鲁阳郡地僻山隅，俗染剽悍，火种刀耕，人鲜知学。尔道元先任冀州刺史，化行政浃，盗息民安；今守鲁阳，特建黉序，阐扬圣教，释金革而诵弦歌，家诗书而户礼乐。③（郦道元）克副朕命，用嘉尔功，爰晋爵三品，封安定县男，加禄五千石，咨尔久任，以厉官箴，尚其懋哉！
后魏贤达：文章博洽，为儒者宗。水经有注，禹贡同功。考据天官，经纬融通。鲁阳安定，勋奇绩雄。流辉史乘，俎豆攸崇。
