李政道于1926年11月24日出生在中国上海。他在上海完成了大部分高中学业。1943-1944年，他就读于迁至贵州的浙江大学。随后于1945年转入昆明的西南联合大学继续学业。在西南联合大学读完大二后，李政道获得奖学金，赴美攻读研究生。1946年至1950年间，他就读于芝加哥大学，师从恩里科·费米，并于1950年获得博士学位，毕业论文题为《白矮星的氢含量》。
1950-1953年，李政道在叶凯士天文台、加州大学伯克利分校以及普林斯顿高等研究院担任助理研究员和讲师。很快，他就在学界声名鹊起。1953年，李政道任哥伦比亚大学助理教授。他的第一项成就是关于可重正场论模型，这也被称为李模型。1955年和1956年，他连续晋升副教授和教授。当时，年仅29岁的李政道是哥伦比亚大学历史上最年轻的正教授。
1956年10月1日，李政道和杨振宁共同发表了一篇重磅论文，题为《弱相互作用中的宇称守恒质疑》。他们的理论观点在物理学界掀起了巨浪，并引发了热烈的辩论和实验浪潮。仅仅一年后，1957年，两人因此获得诺贝尔物理学奖。当时李政道只有31岁，成为历史上第二年轻的诺贝尔物理学奖得主。
宇称破坏的发现为电荷-宇称（CP）破坏的发现奠定了基础，甚至可以说，它也为其他对称性破坏现象的发现创造了条件，从而为物理学最成功的理论之一——标准模型打下了基础。李政道一生发表了超过300篇论文，在诸多领域都做出了开创性的、具有里程碑意义的研究，尤其是在基本粒子、统计力学、场论、天体物理学、凝聚态物理学和湍流等领域，解决了多个长期存在的极复杂问题。
罗伯特·奥本海默曾称赞李政道是最杰出的物理学家之一，并说他的研究具有“惊人的新颖性、广泛的用途以及非凡的风格”。2024年8月4日，李政道先生在美国旧金山家中去世，享年97周岁。