BC．99年 年少被选任为建章监，侍中。箭法很好，有其祖父的风范，因而被称誉。汉武帝派他领八百骑兵，深入匈奴腹地考察地形，没有遇到匈奴军队。回来后拜为骑都尉，率领五千楚人，屯兵张掖，酒泉训练骑射。
BC．99年 太初四年春，李陵原本受命带领五校兵，增援李广利攻打大宛。刚走到塞上，李广利的军队已经回来了。汉武帝更改诏命，令李陵率领五百人出敦煌迎接李广利凯旋。
BC．98年 天汉二年九月，与韩延年领五千步兵进攻匈奴，牵制匈奴军力，以协助李广利的西路作战。在浚稽山遭遇单于主力三万骑兵，转斗杀伤敌人甚众。于是调遣左右王庭八万人，李陵军且战且退，至长城百里处。最终因为箭矢用尽，叛徒出卖，没有援军而战败，被敌人包围后突围失败。李陵称“无面目报陛下！”，于是投降匈奴。
BC．96年 天汉四年汉武帝北征时，遣公孙敖迎还李陵。结果公孙敖没有完成任务，并禀告：从俘虏口中得到消息，李陵帮匈奴训练军队来防卫汉军进攻，所以无功而返。这件事直接导致李陵家被族灭。
据之后李陵与汉朝使者的对话证明，当时帮匈奴训练军队的人名叫李绪，不是李陵。为此李陵派人刺杀李绪，大阏氏因此要杀李陵，单于把他藏到了北方，直到大阏氏死了以后才把他请回来。同时因为这次事件又间接的导致了李陵与苏武的见面。
BC．89年 征和三年三月，李陵率领匈奴军三万骑在浚稽山追击汉朝军队，被御史大夫商丘成帅两万人击败。
BC．86～BC．82年 始元年间，霍光与上官桀遣陇西任立政等三人出使匈奴，迎李陵还汉，被李陵拒绝了。
BC．82年 始元五年，苏武返回汉朝，李陵送别，并作《别歌》。六年二月，苏武抵达汉朝。
BC．74年 元平元年，李陵病逝于匈奴。