2008年,凭借出演《新版红楼梦》中少年“薛宝钗”被观众熟知。2010年,出演建党90周年献礼片《建党伟业》中的“杨开慧”一角,凭借该片入围第31届大众电影百花奖最佳新人奖。2012年,在电视剧《守望的天空》中担任女一号,饰演“葡萄”,2013年该剧荣获优秀中国电视剧“金天使奖”。2013年,又陆续出演都市情感电视剧《花开半夏》《璀璨人生》以及现代都市女性励志复仇剧《千金归来》。2014年3月,与实力男星韩栋首次合作,出演电视剧《情满雪阳花》。2015年,李沁参演青春爱情电影《致青春2:原来你还在这里》饰演孟雪一角。同年,参演《白鹿原》,饰演“田小娥”。2001年,11岁的她加入江苏省昆山市巴城镇石牌中心小学开办的戏曲兴趣班接收戏曲基本功培训。2002年,正值李沁12岁,为了能够继续留在学校学习戏曲,她向妈妈保证不会耽误自己的学业。2003年,参加“苏外之夜”戏曲专场晚会的演出,在锡剧《沙家浜》中李沁饰演阿庆嫂、越剧《梁祝·十八相送》李沁饰演祝英台、昆剧《牡丹亭·游园》李沁饰演杜丽娘。并凭借昆曲《牡丹亭·游园》,获得第七届中国少儿戏曲小梅花荟萃活动金花奖。2004年李沁考入了上海戏校,学习昆曲。