在將近10歲時，因舅媽的提議學習跳舞提升氣質，李一桐開始學習舞蹈。一開始，李一桐上的是業(yè)余班，老師覺得她很有天賦，建議她考專業(yè)院校。于是，學了一年舞蹈的李一桐在中學時就考到了深圳藝術學校。之后，李一桐前往北京報考幾家舞蹈學校，由于最終的考試時間撞到一起，于是李一桐選擇了北京舞蹈學院，最終被錄取，并精修民間舞系。除了舞蹈，李一桐還精通書法、喜歡唱歌。

畢業(yè)后的李一桐，原本是想開一個跟舞蹈結合在一起的茶館。就在找好店面時，因李一桐幫電影學院的朋友拍一個幾分鐘的小片，突然對表演開竅，李一桐便放棄茶館，進入了演藝圈。

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2015年，參與了《思美人》和《誅仙》等電視劇的角色試鏡。

2016年6月30日，主演的民國玄幻劇《半妖傾城》在芒果TV和樂視視頻上線，李一桐在劇中飾演性格倔強率真、敢愛敢恨的女主角聶傾城，與明夏演繹一場“半妖與人”之戀；同時，該劇也是李一桐個人首部電視劇。之后，在東方神話劇《朝歌》中，飾演胡仙兒。11月，主演根據(jù)鮮橙同名小說改編的都市愛情劇《只為那一刻與你相見》；而該劇是李一桐首次接觸現(xiàn)代題材的電視劇。

2017年1月9日，主演的根據(jù)金庸同名小說改編的古裝武俠電視劇《射雕英雄傳》在東方衛(wèi)視播出，在劇中李一桐飾演玲瓏剔透、聰慧機靈的黃蓉，幫助郭靖成長為“俠之大者”的民族英雄，并憑該角色榮獲中國電視劇品質盛典“年度新銳劇星獎”和由《電視指南》雜志特別策劃的中國最具產業(yè)影響力電視劇新人獎。4月，確定與陳建斌合作主演都市時尚情感電視劇《愛我就別想太多》，在劇中李一桐飾演新銳服裝設計師夏可可。9月6日，發(fā)布個人首支單曲《迷你閃電》。12月2日，在愛奇藝舉辦的“尖叫之夜”盛典上獲得“年度戲劇新人”獎。

2018年1月12日，與陳奕迅和李榮浩合作出演動作喜劇電影《臥底巨星》于全國上映，在片中飾演開朗活潑的女演員童童。7月24日，主演的根據(jù)半明半寐同名小說改編的古裝勵志言情劇《媚者無疆》在優(yōu)酷上線，李一桐飾演的晚媚是一名姽婳城殺手。

2019年3月，和許凱合作主演古裝愛情輕喜劇《馴夫記之大唐女兒行》，并在劇中飾演普通商人出身的傅柔。之后，還搭檔楊洋主演軍旅劇《特戰(zhàn)榮耀》，并在劇中飾演邊防團中最年輕的電子信息通訊工程師艾千雪。10月，入圍第六屆“中國電視好演員”綠組女演員候選名單。10月24日，民國情感劇《海棠經(jīng)雨胭脂透》在芒果TV上線，李一桐在劇中擔任女主角顧海棠，在國仇家難中與眾人團結起來將民族品牌發(fā)揚光大。11月12日，與羅晉合作主演根據(jù)雪滿梁園同名網(wǎng)絡小說改編的古裝權謀劇《鶴唳華亭》在優(yōu)酷播出，并飾演靈秀溫婉、冷靜果敢的陸文昔，為復仇潛入東宮，與蕭定權相互試探間逐漸產生不一般的情感，并最終反戈助定權險勝；12月6日，領銜主演的古裝玄幻權謀劇《劍王朝》在愛奇藝播出，李一桐飾演的女主角長孫淺雪，是一個高冷的冰山美人，同時她也為該角色演唱了人物曲《淺雪》。

2020年2月14日，與李鴻其搭檔主演的奇幻愛情電影《我在時間盡頭等你》全國上映。

2017年9月9日，李一桐參加了第15屆芭莎明星慈善夜，并與眾多藝人共同為“為愛加速”思源﹒芭莎自治區(qū)救護車項目募集善款。

2018年11月，參加由騰訊視頻、騰訊體育和京東聯(lián)合出品打造的橫跨文體兩界的專業(yè)運動會，由劉國梁、李小鵬、蘇炳添等教練培訓，進行田徑項目、水上項目和綜合項目比賽的備戰(zhàn)和比拼，希望讓更多的年輕人投入體育當中。

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