李元翼本貫全州李氏，其父為咸川君李億戴，祖父為益寧君李袳（朝鮮太宗第四子）。他與尹鑴、許穆、李舜臣都有姻親關(guān)系。 

1569年科舉合格，歷任大司憲、吏曹判書、左議政、領(lǐng)議政等職。是東人黨分支南人黨的領(lǐng)袖。壬辰倭亂期間，參加收復(fù)平壤之戰(zhàn)。在稷山之戰(zhàn)中率軍掩護(hù)明軍左翼。1604年，因壬辰倭亂中的功績，封完平府院君。

光海君即位后就任領(lǐng)議政。光海君要廢黜仁穆大妃時，李元翼極力反對，1617年，被罷官流放江原道洪川郡。1619年，在群臣的壓力下，光海君被迫釋放李元翼。

1623年仁祖反正后再度出任領(lǐng)議政。1627年丁卯胡亂時被任命為都體察使，負(fù)責(zé)保衛(wèi)王世子李溰。戰(zhàn)后辭官隱居。死后謚文忠，配享宗廟仁祖大王之位。