李丹阳出生于四川成都，在三姐妹中年纪最小，在家中也自然最受父母疼爱。父亲是一名高原军人 ，也是一名文艺工作者，喜欢拉二胡，每天放学回家后，父亲总要拉着她和姐姐来到河边伴着悠扬的二胡声练声。

1982年李丹阳考取了西南师范大学音乐系（今西南大学音乐学院），大学四年级时在全国青年歌手电视大奖赛上暂露头角，那会儿很紧张，去排练走台的时候她特怯场，因为是一个人从山城重庆来到这，但是最后的半决赛对她的锻炼磨炼很大。1986年毕业后，李丹阳被进入重庆市歌舞团，而且留在了北京。  

1990年，进入中国音乐学院，师从金铁霖教授。

1991年，成为第二炮兵政治部歌舞团的一名独唱演员。

1992年、1994年、1996年连续三届荣获“全国听众喜爱的歌手”。

1998-2001年于中国音乐学院《中国优秀青年演员民族声乐研究生》班学习。

2006年5月，由卫生部部长亲自颁发证书，李丹阳被正式聘任为预防艾滋病义务宣传员。每年她都会和艾滋病宣传大使濮存昕一道，深入山西临汾“绿色港湾红丝带小学”，带着礼物陪孩子们欢度六一儿童节。同年获“中国学艺届十大孝子”提名奖。

2008年在5.12汶川特大地震发生的第一时间，李丹阳便与词作家屈塬、曲作家文子共同创作录制了一首《人间真情》，又先后录制了四川地震赈灾歌曲《有我在你身旁》、《我们的心在一起》、《就在这一刻》、《宝贝》、《感激在心》、《舍不得你们走》。3月当选为第十一届全国人大代表。

2008年4月26日并被授予中华母亲节亲善形象大使称号。同时录制了《新的起点》、《在东方》等反映奥运的歌曲，当选为第29届奥林匹克运动会四川站的火炬手。

2009年2月6日荣获第三届中国演艺界十大孝子奖，同年，当选为第十一届全国人大代表。

2009年建军82周年和建国60周年之际，7月23日在青海举办了《军歌声声》——李丹阳军营演唱会。同年荣获“红丝带小学荣誉老师”称号。

2009年10月为献礼新中国成立六十周年，录制了《丹心向阳》专辑，10月1日上午以人大代表的身份在天安门观礼台观看盛大的阅兵式。

2010年4月22日参加年度绿色焦点人物颁奖，并获绿色焦点人物公益奖。

2010年3月4日—15日，作为十一届全国人大代表参加两会。4月20日参加中央电视台《情系玉树 大爱无疆》大型赈灾晚会直播。

2010年4月24日作为预防艾滋病宣传大使参与防艾题材的电影《最爱》的拍摄。7月8日参加电影《最爱》关机仪式。

2010年8月26日被聘为重庆青联驻京办事处副秘书长。8月28日参加二炮纪念抗日战争胜利65周年的演出。11月22日作为预防艾滋病宣传大使走进四川大学锦城学院宣传防艾和防艾纪录片《在一起》。11月当选为第二炮兵歌舞团的艺术指导。11月22日作为预防艾滋病宣传大使走进四川大学锦城学院宣传防艾和防艾纪录片《在一起》。

2011年3月初参加两会。同月，参加顾长卫导演新片《最爱》新闻发布会。5月5日参加电影《最爱》全球首映礼，5月6日电影《最爱》成都做宣传。

2011年9月17日，在人民大会堂举办《丹心向阳》个人演唱会。  

2012年3月5日参加两会。

2012年6月25日参加北京体育大学毕业晚会，受聘为北京体育大学艺术团艺术顾问。7月26日参加2012“金叶慈善医疗卡”助医项目启动仪式暨善款募捐公益晚会。8月5日拍摄献礼党的十八大MV《幸福中国》、《好起来》。隔日参加航天神九演出 。

2012年9月24日荣获绿色中国公益大使。12月3日参加二炮第八次党代会隆重召开专题文艺晚会晚会演出。

2013年2月12日至27日，随中国国务院侨办、中国海外交流协会“文化中国·四海同春”艺术团赴圣保罗、里约、布宜诺斯艾利斯、圣地亚哥、利马等地慰问侨胞演出。  

2013年3月15日担任第十五届全国青年歌手电视大奖赛河南赛区评委。

2013年4月28日参加“中国爱.420芦山强烈大地震大型公益特别节目”现场直播。

2013年5月5日担任第十五届全国青年歌手电视大奖赛评委。

2013年5月助阵第30个国际艾滋病烛光纪念日活动，加入明星志愿团，被授予了“中华红丝带公益明星”称号。5月当选中国文艺志愿者协会第一届理事会理事，19日参加“用心点燃用爱传递——2013年国际艾滋病烛光纪念日”活动。

2013年6月17日担任中国音乐金钟奖民族组评委。11月22至26日担任第九届中国音乐金钟奖声乐民族组评委。

2014年1月10日参加团里国家科技表彰大会专场演出。1月11日参加CCTV7《2013年度观众最喜爱的终极英雄颁奖活动》。

2016年2月22日，参加的CCTV-7国防军事频道元宵节特别节目《军营合家欢》播出，与陈永峰、陈苏威共同演唱歌曲《火箭军战歌》。

2021年7月1日，参加的庆祝中国共产党成立100周年文艺演出《伟大征程》播出，演唱歌曲《小康之歌》。  

2022年2月2日，参加《百花迎春》晚会，演唱歌曲《咱老百姓》。4月16日，李丹阳推出了新歌《航天三星归来曲》。5月23日，参加由中国文联主办的“与人民同行”——纪念毛泽东同志《在延安文艺座谈会上的讲话》发表80周年特别节目。