清光绪二十五年(己亥，公元1899年)2月28日，李一纯出生于湖南长沙。她原本是毛泽东第二任夫人杨开慧之兄杨开智的夫人。
1920年(民国九年)10月，李一纯为杨开智生下长女杨展。此女17岁时加入中国共产党后赴延安，后随华北联合大学前往敌人后方的晋察冀根据地进行抗日斗争。1941年秋，日寇发动对根据地的‘铁壁合围’大扫荡时，杨展为掩护其他同志，不幸坠崖牺牲。
1922年(民国十一年)底，第五届中共中央政治局委员李立三，被张国焘、罗章龙邀请到北京传授安源罢工的经验，以促进北方工人运动。在此期间，仅滞留北京一个多月的他，结识了杨开智夫妇。
1923年(民国十二年)1月底，李立三启程南归时，杨开智因在北京还有些事务没办完，于是便托付李立三照顾其夫人李一纯回湖南长沙。此时的李立三，已离家多年，献身革命工作的他，其生活长时间没人照顾，结果导致二人在南归途中，因接触频繁而产生不能抑制的爱情。就这样，李一纯并没有按照原先的计划回老家湖南，而是随着李立三到了安源，并与之组建了新的家庭。不久，李一纯为李立三生下一子李人俊，此子后成为著名的冶金行业工程师。后来，李一纯觉得十分愧对前夫，便将妹妹李崇德介绍给了杨开智，致使两家的婚姻纠葛才算了结。(照片为老年的李一纯)
1925年(民国十四年)，李一纯在上海经向警予介绍加入中国共产党。同年10月下旬，党中央派李立三与夫人李一纯、蔡和森和夫人向警予、张国焘和夫人杨子烈等，一同到莫斯科参加共产国际第六次执行扩大会议。就在这次莫斯科之行中，原本婚姻就己破裂的蔡和森与向警予离异。不久，体弱多病的蔡和森病倒。当时，出于革命同志之间的友情，李立三和李一纯时常主动照顾帮助蔡和森。由于李立三的工作也十分繁忙，所以照顾蔡和森的事便落在了李一纯身上。结果，历史再度重演，通过频繁的接触，李一纯又与蔡和森产生恋情。
1927年(民国十六年)3月，当年党中央派遣的三对夫妇归国，然而此时的李一纯己是蔡和森的夫人，而李立三则成为了孤家寡人。夫唱妻随蔡、李二人，归国后遂共同投入到革命事业的艰苦奋斗中。同年4月，蔡和森、向警予在武汉出席党的五大会议。蔡和森、李立三被当选为中央政治局委员，而李一纯作为工作人员，则负责本次的会议记录。后来，又深觉愧对第二任前夫李立三的李一纯，故伎重演，将另一个妹妹李崇善许给李立三为妻。看到这儿，我们还真是不得不佩服这个女子的特有手段，她虽然在我党的事业中没有什么建树，但这些个中共中央领导上层人物们，还真一个个听之任之的随她摆布。(照片为年青时的李立三)
1928年(民国十七年)2月，李一纯在天津为蔡和森生下一女蔡转，此女后来成为著名的脑神经内科医生。
1929年(民国十八年)5月，她又在上海为蔡和森生下一子蔡霖。此子出生时，蔡和森正驻扎在共产国际，而李一纯正在上海从事党的地下工作。如此恶劣的生活环境，李一纯确实无法养育两个儿女。为了革命，她毅然将出生仅六个月的蔡霖送给了别人。直到1949年上海解放后，才由蔡和森的妹妹蔡畅通过组织，将此子找回。
1931年(民国二十年)春，蔡和森被中央派往香港恢复广东省委。为了节省党的活动开支，他和李一纯只在一家罐头公司的楼上租了一间小房子。其实，早在夫妇二人从上海准备赴港时，蔡和森的外甥女刘昂刚从香港回来，曾劝他不要去香港，因为那里的白色恐怖和内地一样严重。所以蔡和森一到香港，就引起国民党特务的注意。更为中怕的是，曾是中共中央政治局候补委员的大叛徒顾顺章也到了香港。同年6月10日，向来不考虑个人安危的蔡和森，凭着一股敢拼敢闯的湖南人精神，不顾广东省委的劝告，硬是参加了一次非常重要的海员工会会议。临行前，他亲了一下三岁多的女儿蔡转，然后对李一纯说：“这个会我不去不放心，下午1点钟前我一定回来，如果没有回来，那就是被捕了。”结果，他刚一进入会场，即被顾顺章指认后被捕。不久，蔡和森被香港当局引渡给广东国民党军阀。8月，时年36岁的蔡和森在广州英勇就义。蔡和森牺牲后，李一纯得到党组织的妥善安排，先后在延安鲁迅师范学校、陕甘宁边区行政学院和北戴河中直疗养院等单位工作。后来，李一纯又改嫁一个姓李的，并于1940年，为其生下一女李吉提，此女后成为中央音乐学院作曲系教授。
1984年，享年85岁的李一纯在北京逝世。
