清光緒二十五年(己亥，公元1899年)2月28日，李一純出生於湖南長沙。她原本是毛澤東第二任夫人楊開慧之兄楊開智的夫人。
1920年(民國九年)10月，李一純爲楊開智生下長女楊展。此女17歲時加入中國共產黨後赴延安，後隨華北聯合大學前往敵人後方的晉察冀根據地進行抗日鬥爭。1941年秋，日寇發動對根據地的‘鐵壁合圍’大掃蕩時，楊展爲掩護其他同志，不幸墜崖犧牲。
1922年(民國十一年)底，第五屆中共中央政治局委員李立三，被張國燾、羅章龍邀請到北京傳授安源罷工的經驗，以促進北方工人運動。在此期間，僅滯留北京一個多月的他，結識了楊開智夫婦。
1923年(民國十二年)1月底，李立三啓程南歸時，楊開智因在北京還有些事務沒辦完，於是便託付李立三照顧其夫人李一純回湖南長沙。此時的李立三，已離家多年，獻身革命工作的他，其生活長時間沒人照顧，結果導致二人在南歸途中，因接觸頻繁而產生不能抑制的愛情。就這樣，李一純並沒有按照原先的計劃回老家湖南，而是隨着李立三到了安源，並與之組建了新的家庭。不久，李一純爲李立三生下一子李人俊，此子後成爲著名的冶金行業工程師。後來，李一純覺得十分愧對前夫，便將妹妹李崇德介紹給了楊開智，致使兩家的婚姻糾葛纔算了結。(照片爲老年的李一純)
1925年(民國十四年)，李一純在上海經向警予介紹加入中國共產黨。同年10月下旬，黨中央派李立三與夫人李一純、蔡和森和夫人向警予、張國燾和夫人楊子烈等，一同到莫斯科參加共產國際第六次執行擴大會議。就在這次莫斯科之行中，原本婚姻就己破裂的蔡和森與向警予離異。不久，體弱多病的蔡和森病倒。當時，出於革命同志之間的友情，李立三和李一純時常主動照顧幫助蔡和森。由於李立三的工作也十分繁忙，所以照顧蔡和森的事便落在了李一純身上。結果，歷史再度重演，通過頻繁的接觸，李一純又與蔡和森產生戀情。
1927年(民國十六年)3月，當年黨中央派遣的三對夫婦歸國，然而此時的李一純己是蔡和森的夫人，而李立三則成爲了孤家寡人。夫唱妻隨蔡、李二人，歸國後遂共同投入到革命事業的艱苦奮鬥中。同年4月，蔡和森、向警予在武漢出席黨的五大會議。蔡和森、李立三被當選爲中央政治局委員，而李一純作爲工作人員，則負責本次的會議記錄。後來，又深覺愧對第二任前夫李立三的李一純，故伎重演，將另一個妹妹李崇善許給李立三爲妻。看到這兒，我們還真是不得不佩服這個女子的特有手段，她雖然在我黨的事業中沒有什麼建樹，但這些個中共中央領導上層人物們，還真一個個聽之任之的隨她擺佈。(照片爲年青時的李立三)
1928年(民國十七年)2月，李一純在天津爲蔡和森生下一女蔡轉，此女後來成爲著名的腦神經內科醫生。
1929年(民國十八年)5月，她又在上海爲蔡和森生下一子蔡霖。此子出生時，蔡和森正駐紮在共產國際，而李一純正在上海從事黨的地下工作。如此惡劣的生活環境，李一純確實無法養育兩個兒女。爲了革命，她毅然將出生僅六個月的蔡霖送給了別人。直到1949年上海解放後，才由蔡和森的妹妹蔡暢通過組織，將此子找回。
1931年(民國二十年)春，蔡和森被中央派往香港恢復廣東省委。爲了節省黨的活動開支，他和李一純只在一家罐頭公司的樓上租了一間小房子。其實，早在夫婦二人從上海準備赴港時，蔡和森的外甥女劉昂剛從香港回來，曾勸他不要去香港，因爲那裏的白色恐怖和內地一樣嚴重。所以蔡和森一到香港，就引起國民黨特務的注意。更爲中怕的是，曾是中共中央政治局候補委員的大叛徒顧順章也到了香港。同年6月10日，向來不考慮個人安危的蔡和森，憑着一股敢拼敢闖的湖南人精神，不顧廣東省委的勸告，硬是參加了一次非常重要的海員工會會議。臨行前，他親了一下三歲多的女兒蔡轉，然後對李一純說：“這個會我不去不放心，下午1點鐘前我一定回來，如果沒有回來，那就是被捕了。”結果，他剛一進入會場，即被顧順章指認後被捕。不久，蔡和森被香港當局引渡給廣東國民黨軍閥。8月，時年36歲的蔡和森在廣州英勇就義。蔡和森犧牲後，李一純得到黨組織的妥善安排，先後在延安魯迅師範學校、陝甘寧邊區行政學院和北戴河中直療養院等單位工作。後來，李一純又改嫁一個姓李的，並於1940年，爲其生下一女李吉提，此女後成爲中央音樂學院作曲系教授。
1984年，享年85歲的李一純在北京逝世。
