康熙五十二年（1713年），李元真考中癸巳科进士。选翰林院庶吉士。散馆授编修。李元真在翰苑之时，与孙嘉淦、谢济世、陈法交，以古义相互勉励，又“四君子”之称。雍正帝胤禛即位，为避名讳，改名李元直。

雍正七年，考选四川道监察御史，八阅月，章数十上。尝历诋用事诸大臣，谓：“朝廷都俞多，吁咈少，有尧、舜，无皋、夔。”上不怿，召所论列诸大臣大学士朱轼、张廷玉辈并及元直，诘之曰：“有是君必有是臣。果如汝所言无皋、夔，朕又安得为尧、舜乎？”元直抗论不挠，上谓诸大臣曰：“彼言虽野，心乃无他。”次日，复召入，奖其敢言。会广东贡荔枝至，以数枚赐之。

未几，命巡视台湾，疏请增养廉、绝馈遗，并条上番民利病数十事。台湾居海外，巡视御史至，每自视如客，事一听於道府。元直悉反所为，时下所属问民疾苦。欲有所施措，督抚劾其侵官，遂镌级去。家居二十馀年，卒。