1888年5月11日威利斯·李生于肯塔基州歐文郡的納特李（Natlee），1908年自美國海軍官校畢業(yè)。在官校內(nèi)，由于是出色的射手，因此畢業(yè)后見習(xí)官李便成為海軍射擊隊的一員。從1908年10月到1909年5月，被指派至戰(zhàn)斗艦愛達(dá)華號（USS Idaho，BB-24） 執(zhí)勤，5月被任命為少尉之后，又回到海軍射擊隊。1909年11月，李被調(diào)到復(fù)役的輕巡洋艦紐奧爾良號（USS New Orleans，CL-22），直到1910年5月。接著李被調(diào)到美國亞洲艦隊，在炮艦海倫娜號（USS Helena，PG-9）上服務(wù)，直到1913年1月被調(diào)回美國本土。

回到美國后的第一個勤務(wù)還是加入海軍射擊隊，并成為國家射擊代表隊的一員。短暫服役于愛達(dá)華號后，李少尉于1913年12月登上戰(zhàn)斗艦新罕布夏號（USS New Hampshire，BB-25）服務(wù)，并參加了1914年4月的韋拉克魯斯行動（Occupation of Veracruz），并是該艦登陸部隊成員之一。1915年12月，李被指派擔(dān)任位于芝加哥的聯(lián)合工具公司的駐廠兵工裝備檢查員，并在第一次世界大戰(zhàn)中都停留在這個位置上。1918年11月，李被調(diào)到駐在愛爾蘭皇后鎮(zhèn)的驅(qū)逐艦歐布萊恩號（USS O’Brien，DD-51），然后從12月到隔年6月轉(zhuǎn)調(diào)另一艘驅(qū)逐艦李號（USS Lea，DD-18）。

回美再次加入海軍射擊隊，并在1919年9月至潛艦供應(yīng)艦布什奈爾號（USS Bushnell，AS-2）服役。1920年的安特衛(wèi)普奧運中，李一舉獲得5面金牌，銀牌與銅牌各一面，而美國射擊代表隊共獲得9金，2銀，2銅的成績。

1920年9月?lián)�任�?qū)逐艦費爾法克斯號（USS Fairfax，DD-93）的艦長，1921年6月接管另一艘驅(qū)逐艦威廉·普雷斯頓號（USS William B. Preston，DD-344），并將船經(jīng)蘇伊士運河帶到亞洲艦隊駐地。

1924年調(diào)回美國，在紐約海軍造船場服役，1926年到1929年先后服役于雜役艦心宿二號（USS Antares，AG-10）與擔(dān)任驅(qū)逐艦拉德諾號（USS Lardner，DD-286）艦長。1930年自海軍戰(zhàn)爭學(xué)院結(jié)業(yè)后，李先擔(dān)任鮑德溫海軍軍械廠的火炮檢查官，隨后升上校，調(diào)回海軍軍令部長辦公室的艦隊訓(xùn)練課，1931年調(diào)戰(zhàn)斗艦賓夕法尼亞號（USS Pennsylvania，BB-38，當(dāng)時美國艦隊旗艦）的航海官，后接任艦長。1933年6月又調(diào)回艦隊訓(xùn)練課，擔(dān)任德國處處長，1935年轉(zhuǎn)戰(zhàn)術(shù)處處長。1936年秋任輕巡洋艦康科德號（USS Concord，CL-10）艦長，1938年12月任戰(zhàn)斗艦隊的巡洋艦指揮官，哈羅德·斯塔克海軍少將的參謀長。

李少將于1939年6月成為艦隊訓(xùn)練課助理課長，1941年1月升任課長。1942年2月任美國艦隊總司令的副參謀長，同年6月被提名擔(dān)任太平洋艦隊第6戰(zhàn)斗艦戰(zhàn)隊指揮官，旗艦華盛頓號（USS Washington，BB-56），并成為太平洋艦隊的戰(zhàn)列艦隊指揮官。

1942年11月14日深夜，日本海軍第二艦隊司令近藤信竹率領(lǐng)他的艦隊，包括霧島號戰(zhàn)列艦，愛宕號重巡洋艦與高雄號重巡洋艦，輕巡洋艦長良號與川內(nèi)號輕巡洋艦，和9艘驅(qū)逐艦前往瓜達(dá)卡納爾島，炮擊島上的美軍陸戰(zhàn)隊陣地。此時第64特遣艦隊（Task Force 64，TF 64）指揮官的李少將率領(lǐng)戰(zhàn)斗艦華盛頓號與南達(dá)科他號（South Dakota，BB-57），和4艘驅(qū)逐艦在薩沃灣巡弋。美軍于深夜22:55以雷達(dá)發(fā)現(xiàn)了日軍艦隊，距離18,000米，戰(zhàn)斗于是展開。

日軍于23:00發(fā)現(xiàn)美軍，美軍兩艘戰(zhàn)斗艦于23:17先開火，但并未擊中目標(biāo)。23:22，日軍輕巡洋艦與驅(qū)逐艦對美軍驅(qū)逐艦開火，迅速擊沉2艘并重創(chuàng)另2艘（其中一艘于次日沉沒）。華盛頓號則立刻以副炮摧毀1艘日本驅(qū)逐艦，但此時南達(dá)科他號戰(zhàn)列艦突然發(fā)生電力狀況，使得它無法使用雷達(dá)與火炮控制，自動裝彈裝置也失效。當(dāng)兩只艦隊的主力，于11月15日00:00正面沖突時，雖然南達(dá)科他號仍跟著華盛頓號，但已無戰(zhàn)力。由于燃燒中的驅(qū)逐艦照耀之下，日軍將火力集中在南達(dá)科他號上，并使她被擊中至少25發(fā)5吋與6.1吋炮彈與1發(fā)14吋炮彈，但是他閃過了所有的魚雷，并以副炮擊中霧島號數(shù)次。但因為無力再戰(zhàn)，遂于00:17退出戰(zhàn)場。

李少將于1943年起被提名擔(dān)任快速戰(zhàn)列艦指揮官，并參與了吉爾勃特群島，瑙魯，馬紹爾群島與馬里亞納群島等地的攻擊。其戰(zhàn)斗艦除參與岸轟與追擊敵艦的行動外，最主要的任務(wù)即為擔(dān)任航艦的護(hù)航工作。李于1944年升中將，并參與了10月的萊特灣海戰(zhàn)，其麾下的快速戰(zhàn)斗艦被編組為TF 34，但并沒有如大部份美軍指揮官所猜想的，被擺在圣伯納迪諾海峽出口，而是航行在TF 38前搜索落單與受損的日軍艦只。結(jié)果由于日軍攻擊了位于萊特灣北方的護(hù)航航艦支隊，使得TF 34失去了與日軍交戰(zhàn)的機會。

由于健康因素，李中將于1945年5月被送回美國東岸，擔(dān)任作戰(zhàn)發(fā)展部隊（Operational Development Force）指揮官，研究防御日本神風(fēng)特攻隊的方法。1945年8月25日，李中將在用餐時心臟病突發(fā)，在其旗艦懷俄明號（USS Wyoming，AG-17）上過世。李中將與其妻瑪蓓爾·李一同葬于阿靈頓國家公墓。

為表彰優(yōu)異的服務(wù)與領(lǐng)導(dǎo)力，李中將曾獲得海軍十字勛章，軍功勛章，優(yōu)異服務(wù)勛章，并飾一枚金星以代替第二枚優(yōu)異服務(wù)勛章。米切爾級驅(qū)逐艦威利斯·李號（USS Willis A. Lee，DD-929/DL-4）用以榮耀李中將。