1997年5岁的李依伊开始学习舞蹈;2004年李依伊独自一个人前往北京学习。2010年被中央戏剧学院和北京电影学院同时录取,最终进入北京电影学院表演系本科。
2010年李依伊参演首部电视剧《不再沉默》;2013年与濮存昕、高亚麟、张国强等合作出演现代都市情感剧 《推拿》,饰演推拿师都红并在现代家庭情感剧《坐88路车回家》中饰演黄咪;同年还参演首部电影《笔墨人生》。
2014年李依伊正式出道,接棒曾由师姐杨幂主演的《孤岛惊魂1》,其出演《孤岛惊魂3》的女一号,该片将于2014年万圣节全国上映。同年7月,李依伊被选做某知名汽车品牌的国内形象大使与亚洲男神金秀贤共同出演该品牌广告。
2014年1月出演孙红雷和海清主演的抗日战争剧《二炮手》,饰演小红。