李淳风生于岐州，李淳风的父亲李播，在隋朝时曾任县衙小吏，以秩卑不得志，弃官而为道士，颇有学问，自号黄冠子。从小被誉为"神童"的李淳风在其父的影响下，博览群书，尤钟情于天文、地理、道家、阴阳之学。隋大业七年，9岁的李淳风远赴南坨山静云观拜至元道长为师，开始了修道之旅。武德二年，时年17岁的李淳风回到家乡，经李世民的好友刘文静推荐，成为秦王府记室参军。唐贞观元年，25岁的李淳风上书，对道士员外散骑郎傅仁均所著的《戊寅元历》提出18条意见，引起时人重视。太宗采纳他的7条意见，授他将仕郎，入太史局供职。在置掌天文、地理、制历、修史之职的太史局，充分展现其才智，鞠躬尽瘁40年。李淳风在太史局学习和研究天文、历法、算学以及天象仪器，颇有所得。不久向唐太宗上疏，建议改制浑天仪，太宗欣然同意。于贞观七年(633年)，终于制成新浑仪，即铜铸浑天黄道仪。将古代的两重浑仪改为三重，最外为六合仪，中间是三辰仪，最内系四游仪。在此之前的浑天仪，只相当于四游仪及六合仪两个层次。此仪黄道经纬、赤道经纬、地平经纬均可测定。太宗以功加授李淳风为承务郎，令其将浑仪置于凝晖阁。他在研制浑仪过程中，研究了古代浑仪的发展与特点，写成《法象志》七卷，评论了前代浑仪得失之差。
唐贞观十五年，李淳风官至太常博士，十八年官至太史丞。撰写《晋书》时，他写的《天文》、《律历》、《五行》三志，总结前人研究成果，尤为精微。
唐贞观二十二年，李淳风被任命为太史令。
唐高宗显庆元年，李淳风获封昌乐县男，又与国子算学博士梁述、太学助教王真儒等受诏审定并注释《十部算经》，颁行于国子监。这部算经是世界上最早的算学教材，在中国、日本和朝鲜的学校中沿用多年，且是考核技术官吏的一部重要书籍。闻名中外的计算球体体积的"祖暅定律"就是李淳风注释《九章算术》时，介绍传播开的。
唐高宗麟德二年，李淳风根据近40年的观测、推算，认为傅仁均的《戊寅元历》漏洞百出，要求废除，另造新历，得到唐高宗的支持。他根据隋代天文学家刘焯的《皇极历》，并有所损益，借鉴其先进的计算方法完成新历，并很快应用，称作《麟德历》，并传入新罗(今朝鲜)。又经过长期观察树木被风吹动的状态，在其所著的《乙巳占》中，将风划分为八级，是世界上给风划等级最早的人。
十部算经又称算经十书，是指《周髀算经》、《九章算术》、《海岛算经》、《孙子算经》、《夏侯阳算经》、《张丘建算经》、《缀术》、《五曹算经》、《五经算术》、《缉古算术》这十部数学著作。
李淳风一生著述颇丰，除《五代史志》，还有《乙巳占》、《皇极历》一卷、《悬镜》十卷、《文史博要》、《典章文物志》、《秘阁录》十几部，并对《齐民要术》、《本草》等几十部书籍进行过校注。
有一次，李淳风在校对新岁历书时，发现朔日(初一)将出现日蚀，这是不吉祥的预兆。太宗很不高兴，说:"日蚀如不出现，那时看你如何处置自己?"李淳风说:"如果没有日蚀，我甘愿受死。"到了那天，皇帝便来到庭院等候看结果，并对李淳风说:"我暂且放你回家一趟，好与老婆孩子告别。日蚀就会出现。"(李淳风)回答说:"(现在年)还早。"在墙上划下一道痕，指着太阳投射的影子(说年):"(影子)到这里就开始日蚀。"日蚀果然出现了，跟他说的时间丝毫不差。
李淳风与张率都在皇帝身边服侍，又有一次，一阵暴风从南面刮来，李淳风认为在南面五里远的地方一定有人在哭，张率则认为那里一定有音乐声。皇帝身边的人便骑马跑去查看，结果碰上一支哭着送葬队伍，队伍里面又有吹鼓手奏着哀乐。
李淳风有一次奏禀皇帝说:"七个北斗星要变成人，明天将去西市喝酒。可以派人守候在那里，将他们抓获。"太宗相信了他的话，便派人前去守候。见有七个婆罗门僧人从金光门进城，到了西市酒楼，上了楼，向店主人要了一石酒，端起碗来就喝，时间不长便把一石酒喝光了，于是又添了一石。皇帝派来的使者走上楼来，宣读了皇帝的诏书。宣读结束后，僧人笑道:"一定是李淳风这小子说我们什么了。"于是便对使者说:"等把酒喝完了，我们跟你一块儿走。"喝完酒后他们便要下楼，使者在前面带路先下去了，当使者回头看他们几个时，僧人已踪影全无。使者回去将以上情形如实奏禀皇上，太宗听后甚为惊异。当初僧人喝酒时，并未交酒钱，但当店主收拾器具时，在僧人的座位下面竟发现有钱两千。
贞观二十二年六月初，长安城中出现了"太白(星)屡昼见"的天象。太史据此占卜得出了一个"帝传三世，武代李兴"女主昌(盛年)的卜象。早年，长安城中民间又早就流传着一种《秘记》，说道:"唐三世之后，女主武王代有天下。"由于传言与卜象相符，故太宗得知后对此极为厌恶和憎恨。为此，太宗曾秘密召见太史令李淳风加以垂询。这次密谈后，太宗虽没将"疑似者尽杀之"的想法付诸行动，但对传言与天象的迷信却有增无已，对武氏女王将取代唐朝天下这件事特别留意，成了一大心病，为日后李君羡谶言冤案埋下伏笔。。
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