李焘字仁甫，眉州丹眣人，唐宗室曹王的后代。父李中考中进士，主管仙井监。李焘刚成年，愤恨金仇未报，著《反正议》十四篇，都是有关挽救时局的大问题。绍兴八年(1138)，李焘考中进士。皇上调李焘为华阳主簿，又调为雅州推官。因人事变动，李焘被任命为双流知县。县里的仕族张氏子居丧期间争夺财产，李焘说：“你能容忍丢弃祖先的教诲吗？回去想一想。”三天后张氏子又来见李焘，深感后悔表示不再诉讼。又有不告诉其母亲而出卖家产的人，李焘对他晓之以理，豪强收敛了自己的行为。在这里李焘利用空闲时间努力学习。
李焘以读王氏的书为耻，独独广泛阅读过去的史籍，搜罗百家著作，毅然以著史为己任，对本朝的典故尤其全面地加以研究。李焘仿司马光的《资治通鉴》的体例，起自建隆年间，终于靖康年间，按年编写成一书，命名为《长编》，工程浩大没有完成，于是效仿司马光的体例著《百官公卿表》。史官报告皇上，皇上下诏李焘上奏札。制置使王刚中招李焘为干办公事。
李焘被任命为莱州知州。莱州凭溪水为城防，夏秋时苦于积水不畅，李焘派人修筑护坝捍卫。李焘被任命为潼川府路转运判官，进入潼川境内，弹劾守官不尽职的四人。县里多聚敛，李焘收集一路的财赋收入，使其互通有无，斟酌了三年财赋的平均数，定为固定的科税数额，上奏给朝廷，皇上把这个方法颁布到各州县施行。
乾道三年(1167)，皇上召李焘进宫对话，李焘首先列举艺祖治身、治家、治官、治吏的典故，认为这是恢复国土中兴的办法，乞求增设台谏官，允许六察官员陈述朝政得失，请求训练士兵，不要增兵，杜绝诸将私下的进贡，核实军队中的虚籍。
李焘被任命为兵部员外郎兼礼部郎中。正遇到庆祝皇上寿辰，在祭祀天地前进行的宫中斋戒期间，大家议论暂且作乐，李焘说：“汉、唐祭祀天地，在宫中斋节四天，又行致斋三天，建隆初年郊祀也是这样。自崇宁、大观时效法《周礼》祭天地之法，所以前十天受誓戒。今天已经合在一起祭了，应恢复汉、唐及建隆时的旧制，也许可以两全其美。”皇上下诏垂拱殿祝寿禁止作乐，正殿为北方使者使用。正式任命李焘为礼部郎中，李焘又说中兴以来祭礼不齐备，请按《开宝通札》、《嘉..因革礼》、《政和新仪》令太常寺参考其同异，修编成祭祀之法。
乾道四年(1168)，李焘呈上《续通鉴长编》，从建隆年至治平年，共一百零八卷。当时《乾道新历》编成，李焘说：“年历没差错就不用改，不验明不要用。没有比较不能知道它遗失的地方，没有验证不能知道它对的地方。旧历有许多错误，不能不改，而新历也没有很好的验证，乞求召集历官讨论。”五年(1169)，李焘升任秘书少监兼权起居舍人，不久兼实录院检讨官。
李焘之子李篨考贤良方正、直言极谏科。李焘一向说唐三百年中无愧于此科的只有刘去华，心中很敬慕他，曾以所著《通论》五十篇给蜀帅张焘看，想得到征用，不得而止。其友晁公..写信勉励他，李焘回答说应当修这门学问，但不一定凭借这个学问被举荐。既然没能亲自参加考试，于是命令二个儿子篨、塾学习它。到这时，吏部尚书汪应辰推荐李篨有文才德行可应征召，所以有这个命令。
左相陈俊卿外调为福州知州，右相虞允文担负起恢复国土的大事，更改旧的典章。宰相因为李焘多次提意见，不高兴，李焘于是请求离职。李焘被任命为直显谟阁、湖北转运副使，临行前到宫中告辞，以想迅速改变过去的制度往往适得其反来提醒皇上。
李焘又奏道：“《禹贡》所记的九州中，荆州田数第八，赋税在第三位，充分发挥人的积极性，赋税才超过第五等。今天田多荒芜，赋税亏损十分之八。”皇上命令他分条规划。李焘到荆州后，上奏说“：京湖百姓收集茅草盖房而住，用土修筑作坊，雇牛耕田，买种子种植，谷苗没长大，虎视眈眈的人已经很多了，其中有横征暴敛的人。今天应该放宽侵冒的禁令，按照乾德诏书的规定只交纳旧税数额，扩大收募的办法，像咸平、元丰时所做的那样，对劝课有功的给予恩赐。”皇上诏令遵从。总饷吕游问进宫奏请李焘专管其事。
饥年，李焘拿出鄂州大军仓的粮食赈济百姓，下属们争论不休，认为不可行，李焘说：“我自己负责，不会牵连各位。”不久如数偿还。吕游问回来后，果然弹劾李焘专权，皇上只令他把情况写清楚，不治他的罪。
乾道八年(1172)，李焘直宝文阁，统帅潼川兼庐州知府，首先修好石门堡以阻止外族入侵，上奏皇上乞求警告茶马司买叙州羁縻马的数额不要再增加，警告官民不要到夷人、汉人的禁山上伐木造舟，奏请把蓄积的水调到开边旧池中，皇上都加以批准。
淳熙改元，李焘被召进朝廷，适逢城中着火，上书自我弹劾。提刑何熙志上奏说烧毁的东西数目不真实，又说《长编》记载了魏王吃肥肉，言词牵涉到诬谤。皇上说：“宪臣上奏焚烧物数失实，是他的职责，怎么要干预国史修撰呢？”命令成都提刑李蘩调查着火之事，诏令何熙志贬官二等罢职，李焘只贬一级。
李焘到朝廷乞求主管一祠观，皇上任命他为江西转运副使，且允许他直接到任。有人劝他刚被诬陷，不要提及此事，李焘说：“圣主如此大度，我应竭尽忠诚来报答。”于是奏道：“日食、地震都是阴盛的征兆，主敌国小人之事，不可不考虑。”且重申“不要改变古制、不要图快”两句话，又呈上《快箴》，引用太祖罢朝后悔太快断事之例作为劝谏，皇上说：“我应当把它贴在座位右边。”提拔李焘为秘阁修撰、权同修国史、权实录院同修撰。
李焘为左史时，曾乞求恢复举行明堂礼仪，说：“南郊、明堂开始没有什么丰厚的施舍，就像在圆坛祭天地一样，可免除出郊浮费。”到这时李焘又重申一次，皇上诏令集体讨论，被朝廷受宠的小人制止。其后周必大为礼部尚书，重申李焘的意见，才开始施行。李焘被任命暂代礼部侍郎。
淳熙三年(1176)七月十九日，雷震动太祖庙的柱子，损坏了鸱尾，有司立即加以修缮。李焘奏道“：并不是因为害怕天的变化，应当做实事应和上天。”皇上告诉大臣说：“李焘爱我，屡次进呈正直的话。”因此赐给李焘金紫。李焘曾请求改正太祖庙的方位为东向。
淳熙四年(1177)，皇上亲临太学，李焘因为执教经学，特提升一级。李焘论述两学设奠祭祀之礼说：配享孔子的，应当升范仲淹、欧阳修、司马光、苏轼，贬黜王安石父子；配享武成王的，应当废黜李责力。大家议论不一，只废黜了王蚞。李焘被任命为礼部侍郎，仍兼管工部。
《徽宗实录》放在实录院已很久了，李焘立即上奏章，推荐吕祖谦有学识，皇上召吕祖谦为秘书郎兼检讨官。晚上李焘值班时被皇上召见，于是奏道：“近来浓厚的气烟遮蔽了太阳，占卜显示是不肖之人的福分降临，皇上身边的大臣应该谨慎结交。”皇上赐给他座位。李焘想起身告别，皇上又留他饮茶。不久，皇上诏李焘监视太史测验天文。
九月初一，晚上该有日食现象，李焘为社坛祭告官，原来的打鼓之礼被废除了，于是又举行。李篨已经考中制科，为秘书省正字，不久升为著作郎兼国史实录院编修检讨官。父子俩同管史事，士大夫以之为荣。
李焘感谢皇上的知遇之恩，论述事情更加急切，每次皇上召集大家讨论，大家都不敢发言，只有李焘一一分析可否，无所避讳。皇帝的近臣又推荐李焘的次子李塾考制科，因..试没中而被废黜。李篨偶然考上舍的试卷，议论策问制科，被御史所弹劾，言语牵连到李焘，李篨被罢，李焘也被迫离朝到常德任知府。
当初，政和末年，澧、辰、沅、靖四州设置营田刀弩手，招募人开发边地，范世雄等附会骚扰百姓，建炎时罢去了这种措施，乾道年间，有人建议恢复设置，李焘为转运使，曾上奏说不能恢复，不久提刑尹机强迫郡县推行，所开垦的田不能自给。李焘到这时又重申以前的意见，请求丈量土地确定租额，并约帅臣张木式一起上奏，皇上采纳了他的意见。四州境内很多茶园，从前禁止商人买卖，以致用官军镇压，李焘说：“官府捕捉茶贼，岂能禁止茶商？”任其自如，结果没有出什么事。
李焘多次上表请求退休，皇上任命他提举兴国宫。秋天，明堂大礼制成，因为李焘首次论及，又任命他为敷文阁待制。不久，李篨、李塾相继死亡，皇上想用繁忙的公事来缓和李焘的悲伤，起用他为遂宁知府。
淳熙七年(1180)，《长编》全书完成，李焘献给皇上，皇上令藏秘阁中。李焘自己说这本书宁可有繁琐的缺点，不能有简略的缺点，所以一祖八宗之事共九百七十八卷，卷总目五卷。按照熙宁年间修《三经》的体例，增删修改为四千四百多件事，皇上说他的书无愧于司马迁的书。李焘曾举出汉代石渠、白虎的故事，请求皇上行使权力给判断一下好坏，又请皇上做序，皇上答应了他，最终没有实现。
李焘又奏：“陛下即位二十多年，立志使国家富强，而兵弱财乏，与教民七年可以作战不同。”一天，皇上召李焘到延和殿对话，讲臣正在读《陆贽奏议》给皇上听，李焘就说：“陆贽虽然辅助德宗，其实没有得到信任。今天得到陛下的礼遇，可以说是千载难逢。”于是举出陆贽所说的与当今的形势相关的应该实行的数十件事，劝皇上尽力实行。皇上有建功立业不够的悲叹，李焘说：“建立功业在于变通，人事已经协调，上天的报答就会来的。”李焘被任命为敷文阁直学士，提举佑神观兼侍讲、同修国史。推荐尤袤、刘清之十人为史官。
淳熙十年(1183)七月，长期干旱，李焘举出祖宗避出宫殿减少膳食以求直言的事例，皇上立即施行。十五日降雨。一日皇上召李焘对话，李焘说：“外面议论陛下服药多，很少上殿听事，又加上宫中嫔妃不时进见，所耗浮费颇多。”皇上说“：你可谓忠心，爱护我，只是我已经老了，怎么还会得到这种名声？近来只有葬李婕妤用了三万缗，其他费用没有。”于是转而回答其他问题，乞求按祖宗过去的事例召宰执赴经筵。
太史说十一月初一，太阳被遮掩，心宿大部分地区呈黑暗状态。李焘又列举古今发生在这个月类似的日食现象三十四例，于是上奏说：“心宿三星，是天王的正位，它的地域为宋朝所处位置。十一月为复卦，正潜入阳气时，阴气乘机而入，所以比其他种类的日食现象严重，不是小人损害政事，就是敌人窥探中国。”第二天，李焘到延和殿对话，又论及晋朝何曾讥讽武帝没有治国的宏伟远图。
淳熙十一年(1184)春，李焘请求退休，皇上宽待他，诏令不允许。皇上多次问他病情的好坏，给事中宇文价传达了皇上的旨意，李焘说：“臣子留恋朝廷，不是又老又病，怎忍心请求告老还乡。”于是又向宇文价询问时事，勉励他尽忠尽职。李焘又听说四川乞求减少酒课税额，还亲自写答刂子促进实行。
李焘病好后，被任命为敷文阁学士，以此职退休。命令下达后，李焘高兴地说“：事情了结了。”口述遗书说“：我年已七十，死去不算短命，所恨的是不能再报效国家。希望陛下深谋远虑以艺祖为师，用人以昭陵仁宗为榜样。”说话时语气舒缓，言讫而卒，终年七十岁。
皇上听说后悲伤叹息不已，赠他为光禄大夫。有一天对宇文价说“：我曾答应李焘书写‘续资治通鉴长编’七个大字，并按照神宗赏赐司马光的事例，为他的书写序，没想到到此为止了。”
李焘性情刚强、平静，卓绝不群。早年著书，秦桧还当权，秦桧死后李焘开始闻名于朝廷。既然在侍从列，常常严肃议定国家的大事。张木式曾说：“李仁甫像霜松雪柏。没有嗜好，没有姬侍，不置财产。平生把生死都置于文字间。”《长编》一书花去四十年时间，叶适以为唯有此书堪为《春秋》之继。
李焘著为《易学》五卷，《春秋学》十卷，《五经传授》、《尚书百篇图》、《大传杂说》、《七十二子名籍》各一卷，《文集》五十卷，《奏议》三十卷，《四朝史稿》五十卷，《通论》十卷，《南北攻守录》三十卷，《七十二侯图》、《陶潜新传》与《诗谱》各三卷，《历代宰相年表》、《唐宰相谱》、《江左方镇年表》、《晋司马氏本支》、《齐梁本支》、《王谢世表》、《五代将帅年表》合为四十一卷。
李焘谥号文简，历赠太师、温国公。儿子篨、无土、塾、壁、直土。李篨为著作郎，李无土为夔州路提点刑狱，李壁、李直土都为执政，另外有传记。