李帝勋在年少时就对演戏很感兴趣，本想报考电影学院，却因为父母反对而放弃，最终考入高丽大学。然而，李帝勋对演戏的渴望始终没有减少，于是他在大二时决定休学，并于2008年考入韩国艺术综合大学演剧院，实现了做演员的梦想
2005年，通过参演歌舞剧《海燕》开始演艺事业，并陆续出演了《美丽人生》、《Audition》等舞台剧。2007年，出演短篇电影《夜晚，只属于他们的时间》，以演员身份正式出道；此后，陆续参加了多部话剧、音乐剧以及独立电影的拍摄，积累了不少演戏经验。
2009年，在短篇电影《只是朋友》中饰演对爱情充满期待的单纯男孩石伊。2010年6月，在古装电影《方子传》中饰演了一名阔少爷；7月，出演恐怖电影《校园鬼》，在《召唤的手》篇章中饰演高中生金世英。
2011年3月，首次担任男主角，主演情感电影《守望者》，饰演因友情生变而陷入人生悲剧的男孩基泰，凭借该片获得第32届韩国青龙电影奖最佳新人男演员奖、第48届韩国电影大钟奖最佳新人男演员奖等多个奖项。7月，与申河均、高洙联袂主演战争片《高地战》，饰演年纪轻轻却有着出色判断力与统帅能力的韩国陆军上尉申日荣，凭借该片获得第20届韩国釜日电影奖最佳新人男演员奖和第31届电影评论家协会最佳男子新人奖。
2012年3月19日，与刘亚仁、申世景合作出演都市爱情剧《时尚王》，饰演深情富二代郑宰赫。3月22日，搭档裴秀智主演的爱情电影《建筑学概论》上映，在片中饰演建筑系大一学生李胜民，该片票房突破400万观影人次。10月，在恐怖电影《占卜师们》中饰演理工博士兼驱魔师申政元。
2013年2月，主演惊悚电影《愤怒的伦理学》，饰演因偷窥女大学生而成为案件嫌疑人的青年警察郑勋。3月，搭档韩石圭主演励志电影《我的帕瓦罗蒂》，饰演身兼“黑帮老大”和“中学生”双重身份的音乐天才李章浩。
2014年，与韩石圭二度合作，主演古装剧《秘密之门》，在剧中饰演习惯用微笑来隐藏内心恐惧的王世子李愃，凭借该剧获得SBS演技大赏长篇电视剧部门男子最优秀演技奖和十大明星奖。
2016年1月，与金惠秀、赵震雄联袂主演悬疑剧《signal》，饰演充满智慧又很有人情味的犯罪心理分析师朴海英，该剧获得第52届百想艺术大赏最佳电视剧奖。5月，主演奇幻动作电影《侦探洪吉童：消失的村庄》，饰演失去了情感认知的能力却有着超强记忆力的私家侦探洪吉童。
2017年2月，搭档申敏儿主演tvN金土剧《明天和你》，饰演拥有时光穿梭能力、坐拥千亿资产的房地产投资公司代表刘素俊。6月，主演由李俊益执导的人物传记电影《朴烈》，饰演无政府主义的独立运动家朴烈。其出演的影片《ICanSpeak》于中秋期间上映。
2018年10月1日上映的《狐狸新娘星》中饰演男主角李修渊。
2012年10月25日，李帝勋正式入伍，以义警身份在首尔警察厅的“号角话剧团”服役21个月；2014年7月24日，他结束兵役，正式退伍。
2015年6月11日，李帝勋参加MBC电视台特别节目《LoveChallenge》，和节目组一道参与了乐施会在菲律宾台风海燕、黑格比受灾地区重建、纯净水、卫生设施等方面的援助工作。
任职时间
组织机构
备注
电影奖项
电视剧奖项
其他奖项
李帝勋为杂志《WKOREA》拍摄时尚写真，一改往日温和纯真少年气息，发挥熟男气质，很好地展现了都市潮男形象。李帝勋在拍摄过程中，面对紧凑的工作行程丝毫不露倦色，对工作人员照顾有加，表现出专业态度。
李帝勋在电影《守望者》中既有少年的天真，又有狂气的一面，他的表演受到了独立以及主流电影节的瞩目。他在爱情电影《建筑学概论》中扮演男主角的大学时代，准确地把角色投入至真至纯情感中的状态传达给观众，同时又演出了人物卑怯轻率的一面，让观众很容易就感受到那份青春和初恋的氛围。
