2001年，11岁的她加入江苏省昆山市巴城镇石牌中心小学开办的戏曲兴趣班接受戏曲基本 功培训。

2002年，正值李沁12岁，为了能够继续留在学校学习戏曲，她向妈妈保证不会耽误自己的学业。

2003年，李沁参加了“苏外之夜”戏曲专场晚会的演出，而她则相继在锡剧《沙家浜》中饰演阿庆嫂、在越剧《梁祝·十八相送》中饰演祝英台、在昆剧《牡丹亭·游园》中饰演杜丽娘，并凭借《牡丹亭·游园》获得了第7届中国少儿戏曲小梅花荟萃活动金花奖。2004年，李沁考入了上海戏校学习专业的昆曲表演艺术 ，而此后她也被时任上海昆剧学院院长的蔡正仁选中，成为了该院的第五代“杜丽娘” 。

2008年，新版《红楼梦》剧组以及李少红导演看上李沁，决定由她扮演少年“薛宝钗”。

2010年，《新版红楼梦》正式与观众见面，12月参加在广州举办的“南方影视盛典2010年度颁奖礼”，李沁不仅拿下“金南方年度最受媒体关注奖”，更凭借在剧中对少年宝钗的出色演绎荣获“金南方年度最佳新人奖”；同年凭借《建党伟业》中的“杨开慧”一角，入围第31届大众电影百花奖最佳新人奖。

2011年2月3日，李沁参演了由星美（北京）影业有限公司出品的古装喜剧电影《神奇侠侣》，李沁在剧中饰演“蓝凤凰”；5月13日主演由北京东方飞云国际影视公司投资制作的数字电影《落难神偷》，影片中饰演一位地下工作的革命者，与林申成功塑造了一对“欢喜冤家”；5月16日与谷智鑫主演电视剧《中国1921》，剧中李沁扮演“杨开慧”，23日携同主创团队做客新浪直播间，与观众们一起分享该剧的台前幕后的故事，次年《中国1921》荣获第26届中国电视金鹰奖最佳电视剧奖。2011年10月8日由李沁、张超等主演的电视剧《将军日记》在央视一套首播，在剧中李沁变身图书管理员，饰演参加工作的女大学生“小李”。

2012年，在电视剧《守望的天空》中担任女一号，饰演“葡萄”，该剧荣获2013年第九届中美电影节优秀中国电视剧“金天使奖”大奖；随后，李沁客串出演的美食爱情喜剧片《饮食男女2：好远又好近》在全国公映；同年，李沁还与鲁敏宇、叶项明、弦子等人合作主演了中韩合拍是时尚偶像喜剧《有效期限爱上你》；此外，她还出演了家庭情感轻喜剧《保卫孙子》。

2013年8月27日，李沁在都市情感励志剧《璀璨人生》中饰演“余非”；10月30日在现代都市女性励志复仇剧《千金归来》中饰演复仇千金“沈长清”；根据作家九夜茴小说改编于2011年拍摄的电视剧《花开半夏》，李沁在剧中饰演“如画”。

2014年，携手金世佳主演古装偶像轻喜剧《极品新娘》，剧中李沁变身古装，演绎一个性格活泼开朗的女子，与金世佳共同演绎“娇妻憨夫”欢喜情侣；3月，李沁与实力男星韩栋首次合作，出演电视剧《情满雪阳花》；“2014年国剧盛典” 李沁斩获最具潜力女演员奖；11月17日，李沁主演的电视剧《幸福归来》开机，李沁演绎“千金扛鼎之作”。李沁和吴卓羲携手上演 ，剧中李沁短发示人特显率真气质。

2015年，李沁参演青春爱情电影《致青春2：原来你还在这里》与吴亦凡、刘亦菲合作，饰演孟雪一角；同年，参演《白鹿原》，饰演“田小娥”。

2016年李沁与angelababy、井柏然等人合作主演了都市奇幻爱情片《微微一笑很倾城》，并在片中饰演了清纯可人的校园第一美女孟逸然；2月，李沁开始参加江苏卫视恋爱真人秀节目《我们相爱吧》；与此同时，她还在与张嘉译、林申、刘奕君等人联袂主演的现代热血警匪剧《卧底归来》中饰演了小巧玲珑又楚楚动人贩毒集团老大之女糖果；3月，李沁又与张艺兴、郑秀晶共同出演了时尚爱情喜剧片《闭嘴！爱吧》；随后，她还与赵丽颖、林更新、窦骁联袂主演了古装热血传奇剧《特工皇妃楚乔传》，并在剧中饰演了本性善良，为爱执着的元淳公主；古风女神李沁加盟《我的新衣》；9月，李沁确定出演古装宫斗剧《如懿传》，而她在剧中则饰演貌美体香却性格清冷刚烈的容妃寒香见；11月，李沁和窦骁再次合作，共同主演由花箐执导的都市情感剧《佳期如梦之海上繁花》。

2017年刚刚开年李沁便与吴磊、林允、陈楚河等人联袂主演古装玄幻动作剧《斗破苍穹》；3月，她还参加了竞技真人秀节目《奔跑吧》，并与“奔跑团”和其她几位嘉宾在风景美如画的云南大理上演了一场“男女对抗赛”；4月，李沁确定主演古装传奇爱情剧《狼殿下》；6月，出演的《楚乔传》在湖南卫视播出。10月，李沁参加节目《爸爸去哪儿5》，特别出演的古装大剧《如懿传》于年底播出。12月31日，加盟“启航2018”央视新年晚会。

2018年1月1日，获得2017国剧盛典青春演绎偶像荣誉。1月31日，李沁与张若昀、陈道明、吴刚联袂主演的古装权谋剧《庆余年》开机，她在剧中饰演的是性格活泼灵动的依晨郡主林婉儿。5月9日，参演的《她杀》杀青。5月24日，凭借《白鹿原》入围第24届上海电视节白玉兰奖最佳女配角奖。

2016年 阿里巴巴集团双十一晚会

2015年5月27日，有八卦媒体拍到金世佳和李沁一同拍完《致青春2》后，回到同一酒店休息。当晚金世佳还特意到楼下悉心挑选红酒，良辰美酒外加美人，想想也是醉了。虽然早前两人曾经多次被网友目击同游日本和毛里求斯，但不管媒体如何逼问，金世佳都不愿意松口承认恋情。被拍到铁证如山的“罪证”，恋情终于坐实。

2010年12月12日，出席中国扶贫基金会“母婴平安120行动”项目10周年纪念慈善晚宴。

2011年3月15日，参加倡导关爱女性，防治乳腺疾病的公益活动“奥丽侬郁金香行动”，李沁作为红楼五星之一，被主办方授予“奥丽侬郁金香爱心大使”的称号，并担任公益大使。

2014年4月2日，导演陆江携主演萨日娜、林申、李沁等来到天津参加世界孤独症日，出席了电视剧《守望的天空》的媒体见面会，号召大家共同关注自闭症患者，并参加了天塔点亮蓝灯的祈福仪式。

2016年5月18日，李沁出席第二届OK!年度挚爱颁奖礼暨四周年庆祝派对。1月11日，在浙江卫视双11狂欢夜晚会上，李沁与侯佩岑、黄子佼、华少、欧弟、沈凌、刘昊然等人一起成为了这场一年一度狂欢盛典的主持团成员。 

李沁的面相清秀，五官精美，薄薄的身体，反过来倒有一点纤弱之气，用她来演薛宝钗会使观众产生一种不一样的感受，而在她身上还有着薛宝钗那种沉稳、安静、淡定、有分寸感的性格（叶锦添、李少红、李小婉评）。

清新气质的“小花旦”李沁有着古装美女之称，瓜子脸型，拥有纤细身材和清新灵动的气质。（腾讯网评）“

她纤细的身体里，总能爆发出强大惊人的能量，无论是在《璀璨人生》，还是在《花开半夏》里，都有让人震撼的表演” （人民网点评）。

凭借在《极品新娘》中清新脱俗俏皮可人的气质被网友赞为“90后版小燕子”。（金鹰网评）

剧中李沁刁蛮活泼，纯熟的演技，其身上浓烈的青春气息，符合现代观众的审美标准，大有青出于蓝而胜于蓝之势（金鹰网点评）。

在都市励志剧《千金归来》中，李沁与李易峰的“清风组合”被称为2013年最佳荧幕情侣之一。（凤凰网评价）。

在青春爱情剧《花开半夏》中，凭借着清纯可爱的形象外表以及精湛的演技，被观众、网友封为“虐心女神”（天极网评价）。“她是表演艺术家”。（何润东评价）。

李沁出道之后诠释了众多美丽的角色。邻家女孩般可人的气质，清纯靓丽的白皙外形，加上科班出身的扎实演技，让年纪轻轻的她获得了令人羡慕的机会。而李沁纤细的身体里，也总能爆发出强大而惊人的能量，无论是在《璀璨人生》，还是在《花开半夏》里，她都有让人震撼的表演（网易、人民网评。