李梦的出生地是湖南省。在她十二岁那年，主动放弃了正在加拿大进行的留学生活，选择回到国内与父母共同生活。正是这一时期，她观看了电影《乱世佳人》，这部作品在她心中播下了种子，使其对表演艺术产生了最初且浓厚的兴趣。随后的高中阶段，李梦于深圳大学附属中学完成了学业。最终在2009年，她凭借努力成功考入了中国表演艺术的知名学府——北京电影学院，就此正式踏上了她的专业学习之路。
二零一零年，李梦在王全安执导的历史题材影片《白鹿原》中饰演了白灵一角，由此正式步入了演艺行业；同年，她还参与出演了一部微电影作品《庄周梦蝶》。二零一一年七月十五日，一部以“当代雷锋”郭明义先进事迹为蓝本改编的电影《郭明义》正式公映，她在片中扮演了身患白血病的少女付苗苗，其细腻的表演获得了观众的关注。二零一二年十二月二十日，她与黄晓明、阮经天联袂出演的武侠电影《血滴子》登陆院线，在片中她诠释了天狼的爱人郭白兰这一角色；同年，她还担纲主演了由刘烨执导的剧情片《洋流之前》，进一步展现了其表演潜力。二零一三年四月二十七日，她与刘烨、黄渤、张涵予等演员共同参演的电视剧《火线三兄弟》于北京影视频道播出，剧中她饰演了梁家大小姐梁雅优，塑造了一位颇具个性的民国女性形象；同年，由她主演的电影《天注定》在法国上映，她也因此成为首位踏上戛纳国际电影节红毯的中国九零后女演员，在国际舞台上崭露头角。二零一四年七月十二日，她出演的深夜档精品治愈系剧集《午夜计程车》播出，在剧中她演绎了一位现代都市白领的生活与情感；八月八日，她参演的爱奇艺平台自制剧《不可思议的夏天》也正式上线播出；十月一日，她与汤唯、冯绍峰合作出演的剧情电影《黄金时代》在全国上映，她在片中的表现也为作品增添了一抹亮色。二零一五年四月十七日，她与范冰冰、韩庚搭档主演的青春爱情题材电影《万物生长》上映，她在片中饰演了让男主角秋水始终念念不忘的初恋女友小满，角色清纯而令人难忘；六月十一日，她出演的一部年代剧《海上孟府》在广东卫视与东南卫视同步上星播出，剧中她化身为聪慧隐忍、知书达理的上海名媛陈苏沛，展现了其驾驭复杂人物的能力；六月二十日，她与秦昊合作出演的摇滚青春题材影片《摇滚英雄》公映，在片中她饰演了一位从底层龙套演员历经艰辛最终成为影后的李爱，该片曾在第九届华语青年影像论坛上荣获年度新锐导演、最佳女演员及最佳录音师三项大奖，肯定了影片的整体品质与她的个人表演；九月三十日，她与刘德华、刘烨共同参演的警匪动作片《解救吾先生》上映，她在片中扮演了绑匪的情人、一位忧郁而叛逆的女子陈晨，呈现了角色内心的矛盾与挣扎。二零一六年二月十九日，她与曹云金、周知、杜海涛一同参演的爱情喜剧电影《恭喜发财之谈钱说爱》登陆院线；三月十一日，她与姜潮、周韦彤共同出演的喜剧片《同城邂逅》也相继上映；七月八日，她与刘亦菲合作主演的青春题材电影《致青春·原来你还在这里》公映，在片中她饰演了敢爱敢恨、性格鲜明的莫郁华一角；十二月二日，她主演的一部聚焦传统艺术的电影《老腔》上映，进一步拓宽了她的表演领域与艺术尝试。
二零一七年一月十三日，由她与董子健联袂出演的青春题材影片《少年巴比伦》正式登陆院线，她在片中塑造了厂花白蓝这一角色，其细腻的表演赢得了广泛认可，并因此荣获第二十三届北京大学生电影节最佳女演员提名；随后在二月十七日，她与胡军、余男共同参演的动作电影《上海王》公映，在片中她诠释了少女时期执着自我、坚韧不屈的筱月桂，凭借这一角色她摘得了第二届中国电影周金鹤奖最具潜力演员奖；同年六月，她在微博电影之夜上获颁微博最受期待新生力量奖，进一步奠定了其在影坛的新人地位；三月三日，她与刘诗诗、王千源合作出演的年代剧《黎明决战》于东方卫视和北京卫视同步首播，剧中她饰演了刘诗诗的亲妹妹宋玉菡，展现了其在不同类型作品中的可塑性；五月二十七日，她与黄子韬、杨采钰、杜天皓共同主演的悬疑青春电影《夏天19岁的肖像》上映，在片中她挑战了为爱痴狂、具有双面性格的少女朱莉一角；六月十六日，她参演的青春校园剧《那一场呼啸而过的青春》在乐视视频平台上线播出；至十二月二十九日，她与王俊凯、迪丽热巴共同出演的奇幻电影《解忧杂货店》也与观众见面。进入二零一八年，一月十八日，她与王凯、马天宇、王大陆联袂主演的警匪题材电影《英雄本色2018》上映，她在片中饰演了大哥周凯的女人美琳，呈现了复杂的人物关系；七月十三日，她参演了由姜文、彭于晏领衔的动作喜剧电影《邪不压正》，在片中扮演蓝青峰的女儿蓝兰；九月十一日，由她主演的网络剧《再见王沥川》正式播出，该剧作为《遇见王沥川》的后续作品延续了之前的故事脉络；九月十七日，她与钟汉良、马天宇、孙怡等演员合作出演的都市情感电视剧《凉生，我们可不可以不忧伤》也与广大观众见面。时间来到二零一九年，一月二十五日，她与邬君梅、杨皓宇合作出演的剧情电影《海上浮城》上映，该片的整体表演获得了高度评价，她也凭借此片与剧组一同获得了第三十四届圣丹斯电影节世界剧情片竞赛单元群戏奖；八月三十日，她与董成鹏、欧豪领衔主演的动作犯罪片《铤而走险》登陆大银幕；十一月十五日，由她主演的家庭剧情类电影《那个我最亲爱的陌生人》在中国台湾地区上映；十二月二十九日，她主演的喜剧软科幻题材电影《小强大战外星人》也与内地观众见面。二零二零年六月十六日，她与秦昊、王景春、张颂文共同主演的家庭悬疑剧《隐秘的角落》播出，她在剧中饰演了关键角色王瑶，其表演深入人心；在此之后，她继续投身于文艺片的创作，主演了作品《随花飞到天尽头》。
在2021年5月14日，李九霄、张颂文与李梦携手合作的犯罪喜剧电影《夏天只是一天》正式登陆院线；随后在同年9月3日，她特别出演的一部剧情电影《不期而遇的夏天》也如期上映；到了11月23日，李梦与杨紫、井柏然共同出演的都市疗愈剧《女心理师》开始播出，这部剧集标志着她首次挑战饰演一位因长期过度压抑而患上暴食症的角色，展现了其表演上的新探索；紧接着在11月26日，另一部由她特别出演的剧情电影《野马分鬃》上映，她在片中诠释了一位内心充满矛盾与迷茫的女大学生形象。进入2022年，李梦搭档杨英格领衔主演了一部当代都市情感剧《此处禁止恋爱》，在剧中她生动塑造了插画师毕十叶这一角色；6月22日，她主演的悬疑题材网剧《通天塔》正式播出，她所扮演的女刑警房一彤给观众留下了深刻印象；9月16日，与陈都灵、赵燕国彰共同主演的剧情电影《热汤》上映；同日，她与尹昉领衔主演的奇幻爱情片《我要和你在一起》也同步上映，在片中她饰演了魔女何美珍一角；此后不久，她还出席了第十六届FIRST青年电影展的相关活动。2023年，李梦搭档李康生共同主演的剧情电影《雪云》上映，这部作品曾成功入围2023年柏林电影节柏林奇遇单元，获得了国际影坛的关注；3月3日，她主演的另一部剧情电影《不二兄弟》也与观众见面；6月10日，她参与的一档文化旅游探索体验类真人秀《青春环游记第四季》正式播出；7月6日，她特别友情出演的电影《八角笼中》上映；7月30日，由她主演的电影《狼头疼》正式开机拍摄；9月15日，她主演的首部以杀猪盘为题材的女性反杀电影《鹦鹉杀》登陆院线；之后，她主演的短片《掉头》与《短片故事》相继上线发布，其中，短片《短片故事》曾获得第80届威尼斯电影节地平线单元最佳短片提名，彰显了其艺术品质。2024年1月26日，由李梦主演的公路喜剧电影《出门在外》上映；6月2日，她参演的一部古装爱情剧《墨雨云间》开始播出；6月24日，她参与了《2024腾讯视频上海电视节》的活动；7月3日，她参演的电影《默杀》上映；7月29日，由她领衔主演的电影《207B》宣布开机；9月，她受邀担任第八届平遥国际电影展青年评审荣誉的评审工作；9月25日，李梦主演的电视剧《蜜语纪》发布了全新海报，正式官宣了演员阵容。10月1日，她特别主演的一部动作冒险电影《749局》上映，在片中她饰演了一位推动故事发展的关键性角色——女科学家；10月11日，她正式官宣签约乐华娱乐；10月31日，她参演的电影《鸳鸯楼·惊魂》播出；12月3日，她官宣担任第六届海南岛国际电影节女性单元推荐官。2025年3月25日，她特别主演的一部现实主义生活流罪案剧《棋士》播出；3月31日，她参加了REDGALA春天开幕式活动；4月8日，第十五届北京国际电影节官宣由李梦担任“北京展映”单元的国片推介人；8月8日，她主演的电影《奇遇》上映；6月8日，她出演的一部奇幻冒险剧《七根心简》播出；8月23日，她特别主演的都市律政剧《生而有翼》宣布开机。9月25日，她参演的电影《大概前12天》上映；11月13日，另一部她参演的电影《乌龙镇》上映；11月21日，她参演的电影《不该停止的追问》播出。12月，她在2025国剧盛典上荣获国剧年度突破演员奖项；12月26日，她主演的电影《207B》上映，她在片中饰演了角色张静怡。2026年，她特邀领衔主演的一部古言谍战权谋剧《何不同舟渡》宣布开机。同年2月，她参加了《中央广播电视总台2026网络春晚》的相关活动。
2024年7月12日，知名娱乐记者刘大锤通过社交媒体发布了一段视频，画面中演员李梦与一名男子亲密地挽手同行，两人一同前往某处楼盘看房，这一举动迅速引发了外界关于其新恋情曝光的猜测与讨论。事件发酵后不久，李梦本人便在其个人社交账号上公开发文，大方回应并承认了恋情，她写道：“谢谢刘大锤，我会幸福且充盈，好好演戏好好生活。”这番坦诚的回应获得了许多网友与粉丝的祝福。时隔近一年，到了2025年7月，李梦再次通过社交平台向公众分享了自己的生活近况，她正式宣布：“我搬到杭州啦。”这一动态不仅标志着其个人生活进入了新的阶段，也令公众对其未来的演艺事业与生活规划产生了更多的关注与期待。
李梦的公众形象大使身份始于2011年4月28日，当时她被正式任命为西安世界园艺博览会的形象大使，这一角色充分体现了她在文化推广领域的早期影响力。时隔十余年，她的影响力持续拓展，于2022年再度受邀，担任了第四届重庆先锋艺术电影展的推广大使，进一步彰显了她在电影与艺术领域的专业认可度。作为西安世界园艺博览会形象大使期间，李梦参与了多项相关宣传活动，留下了丰富的影像记录。在国际电影舞台上，李梦亦十分活跃，她曾多次出席法国戛纳电影节，不仅在红毯上亮相，也参与了各类交流活动，其中包括与电影界同仁的合影。此外，她也多次现身日本东京电影节，积极投身于国际电影文化的对话之中。在华语电影领域，李梦亦是中国台湾金马奖的常客，多次参与这一华语电影盛事。同时，她亦积极参与内地的重要电影活动，如上海国际电影节以及大学生电影节等，展现出她对电影产业多层次、跨地域的深入参与。在各种公开活动中，李梦留下了许多参与时的现场图片，这些影像记录了她从文化推广到电影艺术领域的多样身影与持续 engagement。
在电影作品《摇滚英雄》中，演员李梦所塑造的角色李爱是一位兼具善良、美好与坚毅特质的女性形象。当角色遭遇情感背叛时，李梦通过精湛的演技，将人物内心复杂的心理活动——包括剧烈的挣扎、深刻的无助、沉重的失望、彻骨的荒凉以及绵延的痛苦——都诠释得十分细腻且到位，令人印象深刻。而在另一部电影《少年巴比伦》里，白蓝这个角色本身所具有的格格不入的气质，与李梦所演绎出的那种张扬而执拗的性格特征形成了高度的契合。李梦凭借其细致入微的表演处理，甚至赢得了部分小说原著读者的充分肯定和称赞。至于电影《天注定》，李梦虽在影片后半段才登场，且拥有的台词篇幅并不算多，但她却充分运用了眼神的表现力，使得每一个凝视与回眸都蕴含丰富的情绪与故事感，展现出了极强的戏剧张力。
二零一六年十一月三十日，演员李梦并未出席电影《老腔》的首次公开映礼活动。在谈及李梦此次缺席事件时，该片的制片人李林泓情绪显得相当激动，他在现场发言中明确表达了自己的不满，并进一步指出，李梦在职业操守与艺术品德方面存在值得商榷的问题。这一突如其来的表态，使得原本围绕影片首映的焦点部分转移到了对演员个人职业行为的讨论上。