2001年，11歲的她加入江蘇省昆山市巴城鎮(zhèn)石牌中心小學開辦的戲曲興趣班接受戲曲基本 功培訓。

2002年，正值李沁12歲，為了能夠繼續(xù)留在學校學習戲曲，她向媽媽保證不會耽誤自己的學業(yè)。

2003年，李沁參加了“蘇外之夜”戲曲專場晚會的演出，而她則相繼在錫劇《沙家浜》中飾演阿慶嫂、在越劇《梁祝·十八相送》中飾演祝英臺、在昆劇《牡丹亭·游園》中飾演杜麗娘，并憑借《牡丹亭·游園》獲得了第7屆中國少兒戲曲小梅花薈萃活動金花獎。2004年，李沁考入了上海戲校學習專業(yè)的昆曲表演藝術 ，而此后她也被時任上海昆劇學院院長的蔡正仁選中，成為了該院的第五代“杜麗娘” 。

2008年，新版《紅樓夢》劇組以及李少紅導演看上李沁，決定由她扮演少年“薛寶釵”。

2010年，《新版紅樓夢》正式與觀眾見面，12月參加在廣州舉辦的“南方影視盛典2010年度頒獎禮”，李沁不僅拿下“金南方年度最受媒體關注獎”，更憑借在劇中對少年寶釵的出色演繹榮獲“金南方年度最佳新人獎”；同年憑借《建黨偉業(yè)》中的“楊開慧”一角，入圍第31屆大眾電影百花獎最佳新人獎。

2011年2月3日，李沁參演了由星美（北京）影業(yè)有限公司出品的古裝喜劇電影《神奇?zhèn)b侶》，李沁在劇中飾演“藍鳳凰”；5月13日主演由北京東方飛云國際影視公司投資制作的數(shù)字電影《落難神偷》，影片中飾演一位地下工作的革命者，與林申成功塑造了一對“歡喜冤家”；5月16日與谷智鑫主演電視劇《中國1921》，劇中李沁扮演“楊開慧”，23日攜同主創(chuàng)團隊做客新浪直播間，與觀眾們一起分享該劇的臺前幕后的故事，次年《中國1921》榮獲第26屆中國電視金鷹獎最佳電視劇獎。2011年10月8日由李沁、張超等主演的電視劇《將軍日記》在央視一套首播，在劇中李沁變身圖書管理員，飾演參加工作的女大學生“小李”。

2012年，在電視劇《守望的天空》中擔任女一號，飾演“葡萄”，該劇榮獲2013年第九屆中美電影節(jié)優(yōu)秀中國電視劇“金天使獎”大獎；隨后，李沁客串出演的美食愛情喜劇片《飲食男女2：好遠又好近》在全國公映；同年，李沁還與魯敏宇、葉項明、弦子等人合作主演了中韓合拍是時尚偶像喜劇《有效期限愛上你》；此外，她還出演了家庭情感輕喜劇《保衛(wèi)孫子》。

2013年8月27日，李沁在都市情感勵志劇《璀璨人生》中飾演“余非”；10月30日在現(xiàn)代都市女性勵志復仇劇《千金歸來》中飾演復仇千金“沈長清”；根據(jù)作家九夜茴小說改編于2011年拍攝的電視劇《花開半夏》，李沁在劇中飾演“如畫”。

2014年，攜手金世佳主演古裝偶像輕喜劇《極品新娘》，劇中李沁變身古裝，演繹一個性格活潑開朗的女子，與金世佳共同演繹“嬌妻憨夫”歡喜情侶；3月，李沁與實力男星韓棟首次合作，出演電視劇《情滿雪陽花》；“2014年國劇盛典” 李沁斬獲最具潛力女演員獎；11月17日，李沁主演的電視劇《幸福歸來》開機，李沁演繹“千金扛鼎之作”。李沁和吳卓羲攜手上演 ，劇中李沁短發(fā)示人特顯率真氣質。

2015年，李沁參演青春愛情電影《致青春2：原來你還在這里》與吳亦凡、劉亦菲合作，飾演孟雪一角；同年，參演《白鹿原》，飾演“田小娥”。

2016年李沁與angelababy、井柏然等人合作主演了都市奇幻愛情片《微微一笑很傾城》，并在片中飾演了清純可人的校園第一美女孟逸然；2月，李沁開始參加江蘇衛(wèi)視戀愛真人秀節(jié)目《我們相愛吧》；與此同時，她還在與張嘉譯、林申、劉奕君等人聯(lián)袂主演的現(xiàn)代熱血警匪劇《臥底歸來》中飾演了小巧玲瓏又楚楚動人販毒集團老大之女糖果；3月，李沁又與張藝興、鄭秀晶共同出演了時尚愛情喜劇片《閉嘴！愛吧》；隨后，她還與趙麗穎、林更新、竇驍聯(lián)袂主演了古裝熱血傳奇劇《特工皇妃楚喬傳》，并在劇中飾演了本性善良，為愛執(zhí)著的元淳公主；古風女神李沁加盟《我的新衣》；9月，李沁確定出演古裝宮斗劇《如懿傳》，而她在劇中則飾演貌美體香卻性格清冷剛烈的容妃寒香見；11月，李沁和竇驍再次合作，共同主演由花箐執(zhí)導的都市情感劇《佳期如夢之海上繁花》。

2017年剛剛開年李沁便與吳磊、林允、陳楚河等人聯(lián)袂主演古裝玄幻動作劇《斗破蒼穹》；3月，她還參加了競技真人秀節(jié)目《奔跑吧》，并與“奔跑團”和其她幾位嘉賓在風景美如畫的云南大理上演了一場“男女對抗賽”；4月，李沁確定主演古裝傳奇愛情劇《狼殿下》；6月，出演的《楚喬傳》在湖南衛(wèi)視播出。10月，李沁參加節(jié)目《爸爸去哪兒5》，特別出演的古裝大劇《如懿傳》于年底播出。12月31日，加盟“啟航2018”央視新年晚會。

2018年1月1日，獲得2017國劇盛典青春演繹偶像榮譽。1月31日，李沁與張若昀、陳道明、吳剛聯(lián)袂主演的古裝權謀劇《慶余年》開機，她在劇中飾演的是性格活潑靈動的依晨郡主林婉兒。5月9日，參演的《她殺》殺青。5月24日，憑借《白鹿原》入圍第24屆上海電視節(jié)白玉蘭獎最佳女配角獎。

2016年 阿里巴巴集團雙十一晚會

2015年5月27日，有八卦媒體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。當晚金世佳還特意到樓下悉心挑選紅酒，良辰美酒外加美人，想想也是醉了。雖然早前兩人曾經(jīng)多次被網(wǎng)友目擊同游日本和毛里求斯，但不管媒體如何逼問，金世佳都不愿意松口承認戀情。被拍到鐵證如山的“罪證”，戀情終于坐實。

2010年12月12日，出席中國扶貧基金會“母嬰平安120行動”項目10周年紀念慈善晚宴。

2011年3月15日，參加倡導關愛女性，防治乳腺疾病的公益活動“奧麗儂郁金香行動”，李沁作為紅樓五星之一，被主辦方授予“奧麗儂郁金香愛心大使”的稱號，并擔任公益大使。

2014年4月2日，導演陸江攜主演薩日娜、林申、李沁等來到天津參加世界孤獨癥日，出席了電視劇《守望的天空》的媒體見面會，號召大家共同關注自閉癥患者，并參加了天塔點亮藍燈的祈福儀式。

2016年5月18日，李沁出席第二屆OK!年度摯愛頒獎禮暨四周年慶祝派對。1月11日，在浙江衛(wèi)視雙11狂歡夜晚會上，李沁與侯佩岑、黃子佼、華少、歐弟、沈凌、劉昊然等人一起成為了這場一年一度狂歡盛典的主持團成員。 

李沁的面相清秀，五官精美，薄薄的身體，反過來倒有一點纖弱之氣，用她來演薛寶釵會使觀眾產(chǎn)生一種不一樣的感受，而在她身上還有著薛寶釵那種沉穩(wěn)、安靜、淡定、有分寸感的性格（葉錦添、李少紅、李小婉評）。

清新氣質的“小花旦”李沁有著古裝美女之稱，瓜子臉型，擁有纖細身材和清新靈動的氣質。（騰訊網(wǎng)評）“

她纖細的身體里，總能爆發(fā)出強大驚人的能量，無論是在《璀璨人生》，還是在《花開半夏》里，都有讓人震撼的表演” （人民網(wǎng)點評）。

憑借在《極品新娘》中清新脫俗俏皮可人的氣質被網(wǎng)友贊為“90后版小燕子”。（金鷹網(wǎng)評）

劇中李沁刁蠻活潑，純熟的演技，其身上濃烈的青春氣息，符合現(xiàn)代觀眾的審美標準，大有青出于藍而勝于藍之勢（金鷹網(wǎng)點評）。

在都市勵志劇《千金歸來》中，李沁與李易峰的“清風組合”被稱為2013年最佳熒幕情侶之一。（鳳凰網(wǎng)評價）。

在青春愛情劇《花開半夏》中，憑借著清純可愛的形象外表以及精湛的演技，被觀眾、網(wǎng)友封為“虐心女神”（天極網(wǎng)評價）。“她是表演藝術家”。（何潤東評價）。

李沁出道之后詮釋了眾多美麗的角色。鄰家女孩般可人的氣質，清純靚麗的白皙外形，加上科班出身的扎實演技，讓年紀輕輕的她獲得了令人羨慕的機會。而李沁纖細的身體里，也總能爆發(fā)出強大而驚人的能量，無論是在《璀璨人生》，還是在《花開半夏》里，她都有讓人震撼的表演（網(wǎng)易、人民網(wǎng)評。