2010年入圍第31屆大眾電影百花獎最佳新人獎
2001年，11歲的她加入江蘇省昆山市巴城鎮石牌中心小學開辦的戲曲興
趣班接受戲曲基本功培訓。
2002年，正值李沁12歲，為了能夠繼續留在學校學習戲曲，她向媽媽保證不會耽誤自己的學業。
2003年，參加“蘇外之夜”戲曲專場晚會的演出，在錫劇《沙家浜》中李沁飾演阿慶嫂、越劇《梁祝?十八相送》李沁飾演祝英臺、昆劇《牡丹亭?游園》李沁飾演杜麗娘。并憑借昆曲《牡丹亭?游園》，獲得第七屆中國少兒戲曲小梅花薈萃活動金花獎。
2004年李沁考入了上海戲校，學習昆曲。
2010年，《新版紅樓夢》正式與觀眾見面，12月參加在廣州舉辦的“南方影視盛典2010年度頒獎禮”，李沁不僅拿下“金南方年度最受媒體關注獎”，更憑借在劇中對少年寶釵的出色演繹榮獲“金南方年度最佳新人獎”。2010年憑借《建黨偉業》中的“楊開慧”一角，入圍第31屆大眾電影百花獎最佳新人獎。
2011年2月3日，李沁參演了由星美（北京）影業有限公司出品的古裝喜劇
電影《神奇俠侶》，李沁在劇中飾演“藍鳳凰”。5月13日主演由北京東方飛云國際影視公司投資制作的數字電影《落難神偷》，影片中飾演一位地下工作的革命者，與林申成功塑造了一對“歡喜冤家”。5月16日與谷智鑫主演電視劇《中國1921》，劇中李沁扮演“楊開慧”，23日攜同主創團隊做客新浪直播間，與觀眾們一起分享該劇的臺前幕后的故事，2012年《中國1921》榮獲第26屆中國電視金鷹獎最佳電視劇獎。2011年10月8日由李沁、張超等主演的電視劇《將軍日記》在央視一套首播，在劇中李沁變身圖書管理員，飾演參加工作的女大學生“小李”。
2012年，在電視劇《守望的天空》中擔任女一號，飾演“葡萄”，2013該劇榮獲第九屆中美電影節優秀中國電視劇“金天使獎”大獎。
2013年8月27日，李沁在都市情感勵志劇《璀璨人生》中飾演“余非”。10月30日在現代都市女性勵志復仇劇《千金歸來》中飾演復仇千金“沈長清”。根據作家九夜茴小說改編于2011年拍攝的電視劇《花開半夏》，李沁在劇中飾演“如畫”。
2014年，攜手金世佳主演古裝偶像輕喜劇《極品新娘》，劇中李沁變身古裝，演繹一個性格活潑開朗的女子，與金世佳共同演繹“嬌妻憨夫”歡喜情侶。3月，李沁與實力男星韓棟首次合作，出演電視劇《情滿雪陽花》。“2014年國劇盛典”李沁斬獲最具潛力女演員獎。2014年11月17日，李沁主演的電視劇《幸福歸來》開機，李沁演繹“千金扛鼎之作”。李沁和吳卓羲攜手上演，劇中李沁短發示人特顯率真氣質。
2015年，李沁參演青春愛情電影《致青春2：原來你還在這里》與吳亦凡、劉亦菲合作，飾演孟雪一角。同年，參演《白鹿原》，飾演“田小娥”。