李元翼本贯全州李氏，其父为咸川正李亿载，祖父为青杞守李彪，曾祖父为秀泉君李贞恩，高祖父为益宁君李袳（朝鲜太宗第四子）。他与尹鑴、许穆、李舜臣都有姻亲关系。

1569年科举合格，历任大司宪、吏曹判书、左议政、领议政等职。是东人党分支南人党的领袖。壬辰倭乱期间，参加收复平壤之战。在稷山之战中率军掩护明军左翼。1604年，因壬辰倭乱中的功绩，封完平府院君。

光海君即位后就任领议政。光海君要废黜仁穆大妃时，李元翼极力反对，1617年，被罢官流放江原道洪川郡。1619年，在群臣的压力下，光海君被迫释放李元翼。

1623年仁祖反正后再度出任领议政。1627年丁卯胡乱时被任命为都体察使，负责保卫王世子李溰。战后辞官隐居。死后谥文忠，配享宗庙仁祖大王之位。