李光地祖籍福建延平（今福建南平），相传为唐初江王李元祥后裔，后迁居于泉州府安溪县湖头乡（今安溪县湖头镇），明崇祯十五年（1642年）九月六日，李光地出生于安溪县华地乡，自幼聪颖。十三岁时，全家遭遇山贼，后奋力脱险，归家后志于勤学。清康熙三年（1664年），李光地乡试中举。康熙九年（1670年），庚戌科会试中成绩出众，高中二甲第二名进士，被选为庶常馆庶吉士。康熙十一年（1672年）九月，得授翰林院编修之职。康熙十二年（1673年），充任会试同考官。同年五月，请假南下福建省亲。
康熙十三年（1674年），靖南王耿精忠举兵造反，郑锦占据福建泉州。李光地与家人藏匿山谷间，郑锦和耿精忠派人招安，被李光地坚决拒绝。康熙十四年（1674年），李光地暗中书写密折，藏在蜡丸中，派人暗中送往京城，最后通过内阁学士富鸿基呈给皇帝。康熙皇帝看到密折后深为感动，嘉许李光地的忠诚，并下命兵部录其为领兵大臣。当时尚之信叛乱，率军占领赣州、南安，但未能进入福建。康亲王爱新觉罗·杰书自衢州攻克仙霞关，收复建宁、延平，耿精忠被迫请降。康亲王杰书军队进驻福州，命令都统拉哈达和赉塔讨伐郑锦，并打听李光地的所在。
康熙十六年（1677年），朝廷收复泉州。李光地在漳州拜谒拉哈达。拉哈达向康亲王上疏称：“李光地矢志为国，即使颠沛流离也不曾改变志向，应当予以褒奖。”康亲王下令优待，并提拔为侍读学士。李光地行到福州，恰遇父丧归家。
康熙十七年（1678年），同安蔡寅部起义军打着复明旗号，以万余人围攻安溪。李光地招募百余乡间勇士固守，断绝敌方粮道得以解围。不久后，郑经派遣将领刘国轩攻陷海澄、漳平、同安、惠安等县，进逼泉州，断万安、江东二桥，断绝了清军的南北援助。李光地派遣使者赶赴拉哈达军告急，正遇大江涨水道路阻塞。于是李光地带兵从漳平、安谿小道进入，与叔父李日煌以及弟弟李光垤、李光垠合作进攻。大军进驻泉州，击破刘国轩部。拉哈达上报其功，李光地再次得到优叙，升迁翰林学士，不久后因功官至永州总兵。
康熙十九年（1680年）七月，守制已满的李光地返回京城，康熙谕示其不必候缺，即任内阁学士。李光地建言推举施琅担任平台将领，皇帝采纳了推荐，得以顺利收复台湾。陈梦雷是福建侯官人，与李光地同年考中进士，又一同担任编修官。正当陈梦雷在家闲居时，耿精忠举兵作乱。李光地派叔父李日煜暗中前往陈梦雷处打探消息，得知其真实意图后，约请他一同拟定奏疏密陈破敌之计。李光地独自将奏疏上呈，并之后大受皇上宠幸。等到耿精忠兵败之后，陈梦雷因为投附逆贼而被逮捕押往京师，关入大牢论斩。李光地就上疏述说与陈梦雷两次秘密约见的情况，陈梦雷这才得以免去死罪，被发配奉天戍守。
康熙二十一年（1682年），李光地请假送母亲返回原籍。康熙二十五年（1686年），李光地返回京城，被授予翰林院掌院学士，在御前讲席上值讲，并兼任日讲官和起居注官，还负责指导庶吉士。过了一年，因为母亲患病，李光地上疏请求回家探望。
康熙二十七年（1687年），李光地返回京城。当时正值孝庄文皇后丧期，礼部官员对他提出弹劾，指责他途中迟延，身为三品卿员而未能及时来京叩谒孝庄文皇后梓宫，请交吏部议处。吏部议降五级调用，被康熙降旨宽免。康熙二十八年（1689年）五月，他奏进的文章令康熙皇帝十分不满意，指斥他假冒道学，不能表率翰林，将他降为通政使司通政使。当年十二月，李光地重新被擢升为兵部右侍郎。
康熙三十年（1691年）二月，李光地又担任会试副考官，并与侍郎博霁、徐廷玺以及原任河督靳辅视察黄河工程情况。康熙三十三年（1694年）正月，李光地奉旨提督顺天学政。当年四月，李光地的母亲离世，按照礼制李光地需解职回乡丧居以尽孝道，称为丁忧守制。康熙皇帝颁下谕旨，称：“提督顺天学政关系紧要，李光地特行简用，可在任守制。”李光地接到谕旨后表示：“臣蒙荷圣恩，怎敢不以残喘自效？”不过，他还是提请康熙给予九个月假，让自己往返治丧。
康熙三十五年（1696年），李光地服丧期满，康熙命其官复原职。次年，授工部左侍郎，仍兼任顺天督学。康熙三十七年（1698年）十二月，因“居官优善”、“清廉”，迁任直隶巡抚。在任期间，李光地很好治理了当地水患，得到康熙帝褒奖，不久被拔擢为吏部尚书。康熙四十年（1701年），主持治理永定河的河务工程顺利竣工，获得了康熙手书“夙志澄清”匾额及御制永定河诗、御服衣冠等赏赐物品。
康熙四十三年（1704年）三月，给事中黄鼎楫、汤右曾等人合疏弹劾李光地抚绥直隶灾民不利，不将灾民逃散情形据实陈奏，请求朝廷严加处分。八月，御史吕覆恒劾奏李光地处理秋审事宜任意断决，给事中王原又颏奏李光地荐人不当。但是，这些非议大多遭到了康熙帝的否决。在吏部尚书任上，李光地对兵制、官俸、蠲免钱粮等方面屡有建言。
康熙四十四年（1705年），吏部接到康熙谕旨：“李光地居官甚好，才品俱优，著升为文渊阁大学士。”这样，年过花甲的李光地正式登上了相位。
康熙四十九年（1711年）后，李光地数次上疏请求休致。而晚年的康熙因立储不当之事心中郁郁，身体多病，对李光地这位老臣很是眷恋。他慰留李光地道：“见到卿的奏折，朕心中惨然。回想当年一班旧臣，今已杳然而去。像卿这样的，不过只有一二人还在朝中，现今朕也老了，实在不忍再多说什么。”
康熙五十二年（1714年），李光地应邀出席千叟宴，得到许多赏赐。康熙五十三年（1715年）六月，李光地再次请求休致，康熙暂准给假两年，让其处理完家中事宜即返京办事。八月，李光地陛辞之时，康熙赐其“谟明弼谐”匾额。
康熙五十五年（1717年）四月，李光地返京，奉命勘阅大学士王琰等人所纂《春秋传说》及榆讨张昭等人所辑纂字。次年正月，阁臣奏定孝惠章皇后谥号，疏中脱漏“章皇后”三字，部议将李光地降三级调用，康熙下旨宽免。
康熙五十七年（1718年）五月二十八日，李光地因疝疾速发，卒于任所，享年七十七岁。皇帝派遣恒亲王允祺前往吊唁，赏赐千两金，谥号“文贞”。雍正初年，加赠太子太傅，祀贤良祠。
李光地担任直隶巡抚期间治理河务、兴修水利。
当时京城地区常遭受水灾，漳河与滹沱河汇合后容易泛滥成灾，于是康熙命李光地疏通漳河故道，将河水引入运河，以遏制滹沱河的水势。李光地前往当地严格考察，上奏称霸州、永清、宛平、良乡、固安、高阳、献县等地因为疏浚新河，占用了民田一百三十九顷，请求豁免老百姓的赋税，得到皇帝批准。而通州等六州县按规定设置红剥船六百艘，转运南来的漕粮，每艘船给供养田若干，遇到水旱灾荒按例也不能免除租赋，李光地又上奏请依照民田的制度予以免除。康熙三十九年（1700年），皇帝御驾亲临子牙河视察治河工程，令李光地在献县东西两岸修筑长堤，西堤连接大城，东堤连接静海，长约二百余里。又在静海的广福楼、焦家口开辟新河道，引水入湖。从此下流更加畅通无阻，再也没有水患之灾。康熙四十二年（1703年），康熙皇帝褒扬了李光地的治河之功，将其提拔为吏部尚书。
李光地生平著作丰富，主要有《周易通论》四卷、《周易观象》十二卷、《诗所》八卷、《大学古本说》一卷、《中庸章段》一卷、《中庸余论》一卷、《读论语札记》二卷、《读孟子杂记》二卷、《古乐经传》五卷、《阴符经注》一卷、《参同契章句》一卷、《注解正蒙》二卷、《朱子礼纂》五卷、《榕村语录》三十卷、《榕村文集》四十卷、《榕村别集》五卷等。
李光地尤其在易学方面著作丰富，除康熙的《御纂周易折中》由他主编外，其个人著述还有《刷易通论》《周易观彖》《周易观彖大旨》《象数拾遗》等。李光地治易的特点带有极大的综合性和实用性，以易学为纲，三注《范》，详注《参同契》。他对《洪范》《参同契》《中庸》三部书着力最多。他的著述尽力使易学服务于康熙朝的政治需要。“以易学致用、以性理说易”是李光地易学的重要特色。
康熙帝：“李光地谨慎清勤，始终一节，学问渊博。朕知之最真，知朕亦无过光地者。”
雍正帝：“一代完人。”
全祖望：“其初年则卖友，中年则夺情，暮年则居然以外妇之子来归。”（《鲒琦亭集》）
《四库全书总目提要》：“光地之学，源于朱子，而能心知其意，得所变通，故不拘墟于门户之见。其诂经兼取汉唐之说，其讲学亦酌采陆王之义，而于其是非得失，毫厘千里之介，则辨之甚明，往往一语而决疑似。”
《清代名人传略》：李光地在其政治活动中，清廉勤政，公忠体国，秉持大义，不拘小节。早年他积极配合清廷平定福建耿精忠、郑经之兵乱，力主收复台湾维护国家统一。中年他用治理畿辅政务，注重关心民众疾苦，大力兴修河道水利，提倡发展社会生产。晚年他竭诚辅佐康熙帝治国，极力迎合清廷的思想文化政策，曾奉敕编纂了《性理精义》、《朱子全书》、《周易折中》等彰扬程朱理学之书，经康熙帝审定以御纂、御定名义颁行于学宫，对于当时理学的发展，产生了重要的影响作用。
梁启超《梁启超全集》第3卷：“其纯然为学界蟊贼，煽三百年来恶风，而流毒及于今日者，莫如徐乾学、汤斌、李光地、毛奇龄。……汤斌、李光地，皆以大儒闻于清初，而斌以计斩明旧将李玉廷，光地卖其友陈梦雷，而主谋灭耿、郑，皆坐是贵显。然斌之欺君，圣祖察之，光地之忘亲贪位，彭鹏闽人，给事中，与光地同乡。劾之，即微论大节，其私德已不足表率流俗矣。而皆窃附程朱、陆王，以一代儒宗相扇耀，天下莫或非之。质而言之，彼二氏者，学术之醇，不及许衡，而隳弃名节与之相类；阶进之正，不及公孙弘，而作伪日拙与之相类。程朱、陆王之学统，不幸而见纂于竖子，自兹以往，而宋明理学之末日至矣。”（梁启超．《梁启超全集》第3卷新民说：北京出版社，1999年：第611页）
梁启超《梁启超全集》第3卷：“而李光地、汤斌，乃以朱学闻。以李之忘亲背交，职为奸谀，（李绐、郑成功以覆明祀，前人无讥，全谢山始诃之。)）汤之柔媚取容，欺罔流俗，(汤斌虽贵,而食不御炙鸡,帷帐不过枲絅,尝奏对出语人曰：生平未尝作如此欺人语，后为圣祖所觉，盖公孙弘之流也。).而以为一代开国之大儒，配食素王，末流所鼓铸，岂待问矣！”后此则陆陇其、陆世仪、张履祥、方苞、徐乾学辈，以媕婀夸毗之学术，文致其奸，其人格殆犹在元许衡、吴澄之下，所谓《国朝宋学渊源记》者，殆尽于是矣。（梁启超．《梁启超全集》第3卷新民说：北京出版社，1999年：第718页）
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