李純，出生于安徽蕪湖。因為父親要求培養女孩的安靜沉穩、秀外慧中的氣質，所以從小就讓她學習繪畫。但李純天生好動，喜歡蹦蹦跳跳，1998年小學四年級時十歲的李純離開家鄉考取北京舞蹈學院附中學習芭蕾舞。2005年畢業于北京舞蹈學院附中。李純受聘于上海芭蕾舞團擔任舞蹈演員，曾在古典芭蕾舞劇《天鵝湖》中擔任“四小天鵝”角色，2007年隨團赴美國巡演大型芭蕾舞劇《梁祝》。2009年，工作三年21歲的李純感嘆舞蹈藝術的青春短暫，出于對表演的興趣，報考了北京電影學院并順利被錄取到北京電影學院表演系2009級本科2班，并在2013年6月學滿畢業。

2010年10月，北京電影學院60周年校慶，張藝謀回學校參加慶典活動，因為李純舞蹈才藝給張藝謀導演留下了深刻的印象，試鏡后兩個月后冬至那天李純接到電影《金陵十三釵》劇組通知而進組。

2011年1月10日，戰爭史詩片《金陵十三釵》在南京石湫影視基地正式開機，李純和一同進組的演員一起簽保密協議，一同訓練，學習打麻將、抽煙，學秦淮歌女的風姿。李純因不是南京人不會南京話，所以飾演的秦淮歌女沒有一句臺詞。2011年12月15日，《金陵十三釵》在北京全國政協禮堂舉行首映儀式，李純帶領其余十二釵翩翩起舞。該片最終票房超過6億，獲得2011年華語片票房冠軍。

2012年6月5日，李純與斯琴高娃、聶遠、中野良子、中泉英雄等中日演員合拍中國首部觀音題材電影《不肯去觀音》開機，片中飾演清麗可人、善良仁愛的觀音菩薩化身蓮妹。該片在2013年第37屆蒙特利爾國際電影節上獲得“世界優秀電影獎”。同年出演劉奮斗導演的微電影《剪刀石頭布》。

2013年8月1日，由佟麗婭主演的都市婚戀愛情輕喜劇《大都市小愛情》開機，劇中飾演蘇勤。

2013年9月16日，張藝謀導演的國內首次采用了4K高視效制作技術、中國電影史上首部IMAX文藝片《歸來》開機。李純片中飾演崔美芳。該影片于2014年5月16日在全國上映并入選為第67屆戛納國際電影節特別展映單元影片，該片獲得第34屆香港電影金像獎最佳兩岸華語電影。

2014年5月6日，由慈文傳媒出品，根據Fresh果果同名小說改編的古裝玄幻仙俠劇《花千骨》在廣西正式開機。李純劇中飾演高冷傲嬌蓬萊島富二代霓漫天。該劇于2015年6月9日登陸湖南衛視鉆石獨播劇場首播。

2015年7月20日，由福建本土原創制作電影《海角有個五店市》在晉江開機，李純在劇中飾演單純陽光的小白領陳楠。9月，電影《藏地密碼》開機，出演女一號唐敏。