1944年11月10日出生于云南省昆
明市官渡區(qū)。1959年，考入湖南藝術(shù)專科學(xué)校。1961年，畢業(yè)于湖南省藝術(shù)學(xué)院（現(xiàn)湖南師范大學(xué)）舞蹈專修科，以優(yōu)美的嗓音條件，被選入湖南省花鼓戲劇院任演員。
1964年，演唱花鼓戲《補(bǔ)鍋》，獲湖南省和中南五省戲劇匯演優(yōu)秀獎(jiǎng)，曾受到毛澤東、周恩來(lái)的親切接見(jiàn)。1965年《補(bǔ)鍋》拍成電影，在全國(guó)各地放映，產(chǎn)生相當(dāng)大的影響。。
1970年，因演出花鼓戲《補(bǔ)鍋》，“在文化大革命”中被視為修正主義黑苗子，她父母的家被抄，李谷一被下放到偏窮的瑤寨6年，要靠著勞動(dòng)工分吃飯。
1974年，經(jīng)過(guò)三次考試，被中央樂(lè)團(tuán)錄取，任獨(dú)唱演員。她在交響樂(lè)《
智取威虎山》中，擔(dān)任主要角色小常寶，同時(shí)在演出中演唱了多首歌劇選段及傳統(tǒng)民歌，大獲好評(píng)，在歌壇嶄露頭角，先后出訪了澳大利亞、新西蘭、美國(guó)、香港。
1976年，為電影《南海長(zhǎng)城》配唱主題曲《永遠(yuǎn)不能忘》。在之后的幾年里，先后為上百部電影錄制歌曲，80年代，出現(xiàn)了“每片必歌，每歌必李谷一”和“李谷一壟斷電影歌曲”的現(xiàn)象。
1980年，演唱中國(guó)內(nèi)地第一首流行歌曲《鄉(xiāng)戀》，引發(fā)爭(zhēng)論和批判。
1981年至1982年，兩次與美國(guó)紐約交響樂(lè)指揮家吉爾伯合作，演唱交響樂(lè)組曲，其中演唱的中國(guó)的《三江組曲》獲文化部二等獎(jiǎng)。
1983年，參加首屆春晚，是央視春晚正式登臺(tái)的第一位歌手，在觀眾的點(diǎn)播下獻(xiàn)唱了《鄉(xiāng)戀》等9首歌曲。
1984年，參加春晚，演唱了6首歌曲，其中《難忘今宵》成為后來(lái)三十年春晚的結(jié)束曲。1984-1985年參加了大型音樂(lè)舞蹈史詩(shī)《中國(guó)革命之歌》的演出和電影拍攝工作，受到鄧小平等黨和國(guó)家領(lǐng)導(dǎo)人的親切接見(jiàn)，獲文化部表演一等獎(jiǎng)。。
1985年，在法國(guó)巴黎和荷蘭阿姆斯特丹、鹿特丹等地舉辦了獨(dú)唱音樂(lè)會(huì)，成為中國(guó)大陸第一位在這些國(guó)家舉辦獨(dú)唱音樂(lè)會(huì)的歌手。同年，為振興花鼓戲，又在家鄉(xiāng)湖南舉辦多場(chǎng)音樂(lè)會(huì)。
1986年，籌備了4年的中國(guó)輕音樂(lè)團(tuán)正式成立，李谷一任團(tuán)長(zhǎng)。在李谷一帶領(lǐng)下，全團(tuán)演出達(dá)千余場(chǎng)。曾奔赴云南老山前線慰問(wèn)演出；為美國(guó)總統(tǒng)里根訪華演出；出國(guó)訪問(wèn)演出；參加了許多重大的社會(huì)和政治活動(dòng)，受到文化部、地方政府、部隊(duì)的多次表彰。同時(shí)，中國(guó)輕音樂(lè)團(tuán)努力創(chuàng)作出諸多的原創(chuàng)作品，為國(guó)家培養(yǎng)出一批優(yōu)秀的歌唱家、歌手和演奏家。中國(guó)輕音樂(lè)團(tuán)，是中國(guó)大陸第一個(gè)國(guó)家級(jí)的輕音樂(lè)和流行音樂(lè)團(tuán)體，為我國(guó)音樂(lè)園地增添了新的品種；在改革開(kāi)放之中，為大陸輕音樂(lè)事業(yè)發(fā)展起到了帶頭和示范作用。
1988年，被具有權(quán)威性的美國(guó)傳記協(xié)會(huì)列入《世界杰出人物錄》。
1989年，獲廣電部中國(guó)唱片社頒發(fā)的首屆“金唱片獎(jiǎng)”。八十年代末九十年代初，她演唱的《前門情思---大碗茶》、《故鄉(xiāng)是北京》、《四合院兒》等，以一種別開(kāi)生面，令人熟悉卻又新穎的歌唱形式--戲歌，受到歡迎，藝術(shù)生涯再攀高峰。
1991年，獲文化部“優(yōu)秀演員獎(jiǎng)”、“新曲目?jī)?yōu)秀獎(jiǎng)”。
1996年，調(diào)入東方歌舞團(tuán)任黨委書記、副團(tuán)長(zhǎng)。
1999年，獲CCTV-MTV(中國(guó)中央電視臺(tái)與美國(guó)MTV電視臺(tái))頒發(fā)的“終身成就獎(jiǎng)”。
李谷一是唯一的連續(xù)擔(dān)任了中央電視臺(tái)青年歌手大獎(jiǎng)賽，第一屆至第十三屆評(píng)委的藝術(shù)家。同時(shí)，她還多次擔(dān)當(dāng)日本、法國(guó)、南斯拉夫、德國(guó)、哈薩克斯坦以及香港等國(guó)家和地區(qū)流行樂(lè)壇大賽的評(píng)委。
曾任全國(guó)政協(xié)第六、七、八、九、十屆委員，中國(guó)大眾音樂(lè)協(xié)會(huì)主席，中國(guó)音樂(lè)家協(xié)會(huì)第五、第六屆副主席，中國(guó)東方演藝集團(tuán)顧問(wèn)。
2015年6月18日，任中國(guó)音樂(lè)家協(xié)會(huì)第八屆顧問(wèn)。
