李淳風生於岐州，李淳風的父親李播，在隋朝時曾任縣衙小吏，以秩卑不得志，棄官而為道士，頗有學問，自號黃冠子。從小被譽為"神童"的李淳風在其父的影響下，博覽群書，尤鍾情於天文、地理、道家、陰陽之學。隋大業七年，9歲的李淳風遠赴南坨山靜雲觀拜至元道長為師，開始了修道之旅。武德二年，時年17歲的李淳風回到家鄉，經李世民的好友劉文靜推薦，成為秦王府記室參軍。唐貞觀元年，25歲的李淳風上書，對道士員外散騎郎傅仁均所著的《戊寅元歷》提出18條意見，引起時人重視。太宗採納他的7條意見，授他將仕郎，入太史局供職。在置掌天文、地理、制歷、修史之職的太史局，充分展現其才智，鞠躬盡瘁40年。李淳風在太史局學習和研究天文、曆法、算學以及天象儀器，頗有所得。不久向唐太宗上疏，建議改制渾天儀，太宗欣然同意。於貞觀七年(633年)，終於製成新渾儀，即銅鑄渾天黃道儀。將古代的兩重渾儀改為三重，最外為六合儀，中間是三辰儀，最內系四遊儀。在此之前的渾天儀，只相當於四遊儀及六合儀兩個層次。此儀黃道經緯、赤道經緯、地平經緯均可測定。太宗以功加授李淳風為承務郎，令其將渾儀置於凝暉閣。他在研製渾儀過程中，研究了古代渾儀的發展與特點，寫成《法象志》七卷，評論了前代渾儀得失之差。
唐貞觀十五年，李淳風官至太常博士，十八年官至太史丞。撰寫《晉書》時，他寫的《天文》、《律歷》、《五行》三志，總結前人研究成果，尤為精微。
唐貞觀二十二年，李淳風被任命為太史令。
唐高宗顯慶元年，李淳風獲封昌樂縣男，又與國子算學博士梁述、太學助教王真儒等受詔審定並註釋《十部算經》，頒行於國子監。這部算經是世界上最早的算學教材，在中國、日本和朝鮮的學校中沿用多年，且是考核技術官吏的一部重要書籍。聞名中外的計算球體體積的"祖𣈶定律"就是李淳風註釋《九章算術》時，介紹傳播開的。
唐高宗麟德二年，李淳風根據近40年的觀測、推算，認為傅仁均的《戊寅元歷》漏洞百出，要求廢除，另造新曆，得到唐高宗的支持。他根據隋代天文學家劉焯的《皇極曆》，並有所損益，借鑑其先進的計算方法完成新曆，並很快應用，稱作《麟德歷》，並傳入新羅(今朝鮮)。又經過長期觀察樹木被風吹動的狀態，在其所著的《乙巳佔》中，將風劃分為八級，是世界上給風劃等級最早的人。
十部算經又稱算經十書，是指《周髀算經》、《九章算術》、《海島算經》、《孫子算經》、《夏侯陽算經》、《張丘建算經》、《綴術》、《五曹算經》、《五經算術》、《緝古算術》這十部數學著作。
李淳風一生著述頗豐，除《五代史志》，還有《乙巳佔》、《皇極曆》一卷、《懸鏡》十卷、《文史博要》、《典章文物志》、《秘閣錄》十幾部，並對《齊民要術》、《本草》等幾十部書籍進行過校注。
有一次，李淳風在校對新歲曆書時，發現朔日(初一)將出現日蝕，這是不吉祥的預兆。太宗很不高興，說:"日蝕如不出現，那時看你如何處置自己?"李淳風說:"如果沒有日蝕，我甘願受死。"到了那天，皇帝便來到庭院等候看結果，並對李淳風說:"我暫且放你回家一趟，好與老婆孩子告別。日蝕就會出現。"(李淳風)回答說:"(現在年)還早。"在牆上劃下一道痕，指著太陽投射的影子(說年):"(影子)到這裡就開始日蝕。"日蝕果然出現了，跟他說的時間絲毫不差。
李淳風與張率都在皇帝身邊服侍，又有一次，一陣暴風從南面刮來，李淳風認為在南面五里遠的地方一定有人在哭，張率則認為那裡一定有音樂聲。皇帝身邊的人便騎馬跑去查看，結果碰上一支哭著送葬隊伍，隊伍裡面又有吹鼓手奏著哀樂。
李淳風有一次奏稟皇帝說:"七個北斗星要變成人，明天將去西市喝酒。可以派人守候在那裡，將他們抓獲。"太宗相信了他的話，便派人前去守候。見有七個婆羅門僧人從金光門進城，到了西市酒樓，上了樓，向店主人要了一石酒，端起碗來就喝，時間不長便把一石酒喝光了，於是又添了一石。皇帝派來的使者走上樓來，宣讀了皇帝的詔書。宣讀結束後，僧人笑道:"一定是李淳風這小子說我們什麼了。"於是便對使者說:"等把酒喝完了，我們跟你一塊兒走。"喝完酒後他們便要下樓，使者在前面帶路先下去了，當使者回頭看他們幾個時，僧人已蹤影全無。使者回去將以上情形如實奏稟皇上，太宗聽後甚為驚異。當初僧人喝酒時，並未交酒錢，但當店主收拾器具時，在僧人的座位下面竟發現有錢兩千。
貞觀二十二年六月初，長安城中出現了"太白(星)屢晝見"的天象。太史據此占卜得出了一個"帝傳三世，武代李興"女主昌(盛年)的卜象。早年，長安城中民間又早就流傳著一種《秘記》，說道:"唐三世之後，女主武王代有天下。"由於傳言與卜象相符，故太宗得知後對此極為厭惡和憎恨。為此，太宗曾秘密召見太史令李淳風加以垂詢。這次密談後，太宗雖沒將"疑似者盡殺之"的想法付諸行動，但對傳言與天象的迷信卻有增無已，對武氏女王將取代唐朝天下這件事特別留意，成了一大心病，為日後李君羨讖言冤案埋下伏筆。。
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