李東霖出生于北京市豐臺(tái)區(qū)，他高中就讀于北京市第十八中學(xué)。之后，他考入北京電影學(xué)院表演系，與欒評(píng)、董璇、關(guān)悅等人是同班同學(xué)；在校期間，李東霖不僅多次參加學(xué)校組織的文藝匯演，還出演了多部話劇作品。

2004年，出演滕文驥執(zhí)導(dǎo)的年代情感劇《血色浪漫》，在劇中飾演有情有義的李奎勇，這是他的首部電視劇作品，從而正式進(jìn)入演藝圈。

2006年，出演桑華執(zhí)導(dǎo)的劇情電影《看著我的眼睛》，在片中飾演男主角衛(wèi)東。

2009年，參加北京電視臺(tái)春節(jié)聯(lián)歡晚會(huì)，并表演了小品《�；丶铱纯础�；同年，出演鄭爽、張翰、俞灝明主演的青春勵(lì)志偶像劇《一起來看流星雨》，在劇中飾演女主角楚雨蕁的舅舅柴雪村，從而被觀眾所認(rèn)識(shí)。

2010年，與馬伊琍、涂松巖、張小磊合作主演家庭倫理劇《雙城生活》，在劇中飾演成熟穩(wěn)重且為人仗義的馬翔；同年，出演唐嫣、張檬、戚薇主演的都市情感劇《夏家三千金》，在劇中飾演夏友善的親生父親于成威，與戚薇飾演一對(duì)父女。

2011年，出演李云亮執(zhí)導(dǎo)的年代情感劇《母親，母親》，在劇中飾演男主角侯志宏的大兒子侯云朗，與胡亞捷飾演一對(duì)父子；同年，與張博、關(guān)悅、張勛杰合作主演都市勵(lì)志情感劇《囧人的幸福生活》，在劇中飾演韓莉的前夫方鴻；隨后，與王志飛、劉威葳、姜武合作主演年代商戰(zhàn)劇《向東是大海》，在劇中飾演董芝恒的跟班李二。

2012年，與鄭嘉穎、徐熙顏、劉向京合作主演民國情感劇《萬水千山風(fēng)雨情》，在劇中飾演正義秉然、亦正亦邪的馬幫幫主朱云；同年，與海陸、高梓淇、萬茜合作主演家庭倫理劇《我家有喜》，在劇中飾演本性善良淳樸、談吐風(fēng)趣幽默的廚師孔四海；同年9月，參加安徽衛(wèi)視“獻(xiàn)禮大劇盛典”，并現(xiàn)場(chǎng)演唱歌曲《知心愛人》。

2013年1月24日，出席“旅游大獎(jiǎng)?lì)C獎(jiǎng)典禮”，并擔(dān)任頒獎(jiǎng)嘉賓；同年6月，受邀參加CCTV-1綜藝節(jié)目《謝天謝地你來了》的錄制；之后，與秦嵐、劉冠翔，趙熠洋合作主演年代傳奇劇《填四川》，在劇中飾演女主角寧徙的丈夫常維翰，與秦嵐飾演一對(duì)夫妻；同年，出演黃曼、靳東、陳昭榮主演的近代傳奇劇《婦道》（原名《鐵娘子》），在劇中飾演董家的車夫鄭昆木；隨后，出演安建執(zhí)導(dǎo)的年代劇《大河兒女》。

2014年，與黃海波、張靜初合作主演都市情感劇《一場(chǎng)奮不顧身的愛情》，在劇中飾演會(huì)理財(cái)且很有女人緣的錢有用；同年，與黃曼、斯琴高娃、王駿毅合作主演《二嬸》，在劇中飾演忠厚老實(shí)的男主角熊有年，與黃曼飾演一對(duì)夫妻。

2015年，出演汪錫宏執(zhí)導(dǎo)的諜戰(zhàn)劇《過界》，在劇中飾演身為中共潛伏特工的男主角侯天亮，從而獲得更多關(guān)注。

2016年，與富大龍、黃曼合作主演抗戰(zhàn)劇《騾子和金子》，在劇中飾演邱排長(zhǎng)。

2015年3月23日，李東霖與牛奶咖啡組合一同出席在北京舉行的“愛在北京·1018綠色生活月”環(huán)�；顒�(dòng)，不僅現(xiàn)場(chǎng)分享了其生活中的環(huán)保細(xì)節(jié)，還向民眾發(fā)出了綠色生活的倡議。

李東霖勇于挑戰(zhàn)各類角色，無論是什么樣的角色他都能抓住人物的精髓，并演繹得深入人心（新浪評(píng)）。

李東霖具有磁性嘹亮的嗓音，他在安徽衛(wèi)視“獻(xiàn)禮大劇盛典”中，讓觀眾看到了他私下活潑幽默的一面。李東霖在拍攝一組時(shí)尚寫真時(shí)，褪去了影視作品中給人的屌絲印象，化身成為都市型男，顯得成熟睿智而又硬朗帥氣（網(wǎng)易評(píng)）。

李東霖不僅演技精湛，而且表演也很到位。李東霖在參加《謝天謝地你來了》節(jié)目錄制時(shí)，憑借機(jī)智的表現(xiàn)、靈活的應(yīng)對(duì)，在沒有任何臺(tái)本、不清楚會(huì)發(fā)生什么的情況下，將即興表演的故事演繹得富有層次感；與此同時(shí)，他也展現(xiàn)出了幽默本色，使得故事更為生動(dòng)有趣，給觀眾留下了深刻的印象（騰訊評(píng)）。