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收戏曲基本功培训。
2008年，还在上海戏剧学院上学的李沁在机缘巧合下被《红楼梦》剧组以及李少红导演看中，并最终决定由她来饰演金陵十二钗-薛宝钗的少年时期 。
2010年，李少红版《红楼梦》正式播出，李沁则凭借对少年薛宝钗的演绎获得了南方影视盛典金南方年度最受媒体关注奖和金南方年度最佳新人奖
2011年，李沁主演了革命动作悬疑片《落难神偷》，她在片中则饰演了机智勇敢的地下工作者李曼真。
2012年，李沁与林申搭档主演的现代家庭情感剧《守望的天空》播出，剧中李沁饰演了坚韧不拔且积极乐观的女主角葡萄，而该剧在播出后则获得了第9届中美电影节优秀中国电视剧金天使奖
2013年，李沁与何润东、阚清子、张勋杰联袂主演了都市情感励志剧《璀璨人生》，并在剧中饰演了可爱温柔又善良坚强的向日葵女孩余非 ，而该剧在播出后则取得了全国同时段电视剧收视第一的成绩
2014年，李沁先是与金世佳搭档主演了古装偶像轻喜剧《极品新娘》，剧中李沁饰演了活泼开朗又古灵精怪的美丽女子唐豆豆 ；同年3月，李沁又与韩栋合作主演了现代情感励志剧《情满雪阳花》 ，并在剧中饰演了家道中落却依然乐观努力的落难公主叶明珠
2015年，李沁与刘亦菲、吴亦凡、金世佳等人联袂了主演青春爱情电影《致青春·原来你还在这里》，并在片中饰演了与男主角程铮青梅竹马且对其一往情深的美丽女孩孟雪
016年，李沁先是与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
2017年，刚刚开年李沁便确定与吴磊、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”
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。
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