Lê Cát Trọng Lý sinh ra và lớn lên ở Đà Nẵng, trong một gia đình có bố là ca sĩ, mẹ là giáo viên dạy văn.
Năm 2005, cô tốt nghiệp PTTH Phan Chu Trinh, Đà Nẵng và thi đậu vào khoa tiếng Nga của Đại học Đà Nẵng.
Năm 2006, đang là sinh viên, Lý bỏ ngang, rời Đà Nẵng vào Thành phố Hồ Chí Minh.
Lý thi đậu vào Nhạc viện Thành phố Hồ Chí Minh, học viola ở khoa violon và bắt đầu sáng tác ca khúc.
Trong năm 2007, Lê Cát Trọng Lý đoạt Giải Ba trong cuộc thi 'Hát cho niềm đam mê' do Nokia tổ chức.
Năm 2008, đoạt được một số giải trong cuộc thi Bài hát Việt do VTV3 tổ chức: Bài hát của tháng 12 (ca khúc 'Chênh vênh'); Ca sĩ thể hiện ca khúc hiệu quả tháng 12; Bài hát của năm 2008 (ca khúc 'Chênh vênh'); và Nhạc sĩ trẻ triển vọng.
Năm 2009, được chọn hát trong chương trình của ca sĩ Fracis Cabrel tại Hà Nội.
Năm 2010, biểu diễn tại Trung tâm Văn hóa Pháp L’Espace, tạo được dư luận tốt với 3 đêm diễn liên tục cháy vé; tham gia Festival Huế; tham gia lưu diễn văn hóa 'Việt Nam ơi' tại Na Uy.
Phát hành album đầu tay Lê Cát Trọng Lý vào ngày 20/1/2011.
Năm 2011, Lý tổ chức liveshow Vui với thời gian gần 2 tháng qua nhiều thành phố Việt Nam, dù có gặp một vài trục trặc nhưng đã thu được những thành công nhất định, cháy vé ở Đà Nẵng