1997年，年仅5岁的李依伊被父母送到九江歌舞团学习舞蹈，师从刘培雨。2004年，李依伊考入中国戏曲学院附中舞蹈系，并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，最终李依伊选择了进入北京电影学院表演系本科学习；在校期间，她的专业课成绩总是一二名，而在毕业汇报演出中，她还出演了女一号

2013年，李依伊与濮存昕、张国强、李菁菁合作出演都市励志剧《推拿》，饰演盲人钢琴家、按摩师都红，而这也是她的首部影视剧作品；同年，她还出演了剧情片《笔墨人生》。

2014年，首次担任女一号，出演悬疑惊悚片《孤岛》，饰演纯情、勇敢、善良的咖啡店店主张可欣，而这也是她的首部电影作品；随后，与孙红雷、海清、孙茜合作出演年代抗战剧《二炮手》，饰演睿智的小红；同年，她还出演了李路执导的都市情感剧《坐88路车回家》，并在剧中饰演倔强的音乐老师黄咪。

2015年，出演蒋家骏执导的青春偶像剧《最佳前男友》，饰演傅方思的学妹陆嘉欣；随后，与杨舒、秦子越、张晨光合作出演年代抗战剧《野山鹰》，饰演名门闺秀汪芊芊；同年，与沙溢领衔主演年代抗战剧《政委》，在剧中饰演单纯泼辣、痴情冒失的龙梅。

2016年，李依伊主演刘家成执导的都市情感剧《复婚前规则》，在剧中饰演小鸟依人、知书达理网络小说作家韩雯雯。

2017年8月，其与靳东、韩雨芹合作出演的当代都市谍战剧《守卫者-浮出水面》播出，在剧中饰演洪少秋的妹妹张妍，与靳东饰演一对兄妹；此外，她还与罗晋、郑爽、张艺上合作出演了都市爱情励志剧《为了你我愿意热爱整个世界》，在剧中饰演温柔甜美、品学兼优的小女生萧艾。

2018年6月，与阮经天、祝绪丹、王天辰合作出演的年代传奇情感剧《一身孤注掷温柔》在横店开机。

李依伊是标准的南方姑娘，性格温婉安静，在众多影视剧中都有精彩表现；她在拍摄电视剧《守卫者-浮出水面》时，一改往日的恬静，展现出傲娇率真的一面，给观众带来不少惊喜。

李依伊在电视剧《二炮手》中，所饰演的“小红”有胆识有谋略，在亲人面前体贴入微，在敌人面前机智过人，其入木三分的表演塑造了一个活灵活现的红色人物形象。

在电影《孤岛惊魂3》的一组剧照中，李依伊以清纯的造型示人，展现出凹凸有致的身材，她的一颦一笑甜美可人，一双明亮的眸子，令人印象深刻。而她清新的气质，明媚的笑容也令人过目难忘。在另外一组剧照中，李依伊撩发回眸间，那苍白的面庞和惊恐的表情，让人不禁感觉寒气逼人；尤其是那笃定的眼神，在幽深的医院走廊中一撇回眸，令人不寒而栗。