李师师原本是汴京城内染局匠的女儿，三岁时父亲把她记名在佛寺，佛寺老僧为她摩顶时，她突然大哭，于是老僧认为她很像佛门弟子，因为大家管佛门弟子叫“师”，所以她就被叫做李师师。过了一年，父亲因罪入狱病死在狱中，她由邻居抚养长大，渐渐出落得花容月貌，皮肤白皙，于是便被妓院老鸨看中，教她琴棋书画，歌舞侍人。十三岁挂牌应客，一时间李师师成为汴京名妓，是文人雅士，公子王孙竞相争夺的对象。最后连宋徽宗也闻其名而想一睹这位佳人的芳姿。
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宋徽宗第一次见李师师时，他假扮成大商人，出手阔绰，送给李师师大把的金银、绸缎，显示富有。但李师师却对他不屑一顾，态度极傲慢，问话也不答，使他干坐了一宿，非常扫兴。
第二次，宋徽宗又登门来了。从此，李师师和宋徽宗打得火热，一块儿写字，画画，下棋，弹琴，卿卿我我，情爱甚笃。从此宋徽宗对后宫佳丽视若无睹，经常就以体察民情为由，出宫来李师师这里寻欢作乐。李师师渐渐也知道了他的真实身份，于是百般奉承，更加赢得了宋徽宗的万般宠爱。
宣和七年十二月，宋徽宗见金兵南下之势不可阻挡，将王位禅让给了太子赵桓，而他自己则慌忙南逃至镇江去了。自此，李师师失去了靠山，自身难保。为了免祸，李师师便将宋徽宗赏赐她的钱财悉数呈给官府，资助河北军饷。又让太监张迪代她请示太上皇，恩准她出家，太上皇答应了，安排她到北郭慈云观做女道士。不久，汴京沦陷，北宋灭亡。经过这次变故，李师师不仅家产殆尽，而且她本人也下落不明了。后代一些笔记野史，小说评话记载的李师师生平和风流韵事大致相同，但对其晚年境况却众说纷纭。
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一种说法是自杀身亡，这以传奇小说《李师师外传》为代表。小说称，金兵攻破都城汴京后，烧杀抢掠无所不为。二帝和宗室、亲王、后妃共三千余人被押解北去。金兵主帅点名索取李师师，声称金国主也知李师师的名声，一定要活着得到她。叛臣张邦昌是金人在汴京所设的傀儡政权的首领，为了讨好金兵，他探访到了李师师的下落，终于将她献给了金营。李师师怒斥张邦昌，拔下金簪刺喉自杀，未死，又折金簪吞食而死。后世的通俗小说多沿袭这一说法，但一些学者多对此说法持有异议。
另一种说法是流落民间。《墨庄漫录》一书中称，李师师被籍没家产以后，衣食无着，流落于江浙一带，当地的士大夫对她倾慕已久，纷纷邀她歌唱。但此时的李师师已“憔悴无复向来之态矣”。国破家亡，历尽坎坷，昔日花容早已不在了。有人在湖北湖南两省交界处遇见过她，衰老憔悴，再没有当年的风韵了。宋代评话《宣和遗失》也有记载“后流落湖湘间，为商人所得。”《汴京纪事诗》中写道“辇縠繁华事可纷，师师垂老过湖湘。镂金檀板今无色，一曲当年动帝王。”描述了她晚年的凄凉。《水浒后传》称其流落于临安，可能都是沿袭了上述说法而来。
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还有一种说法，说李师师在汴京失陷后，被金兵俘虏北上，一路上颠沛流离，受尽折磨。被迫嫁给了一个残病的老军士为妻，最后悲凉地死去。
上述三种说法，分析起来第二种说法较为可信。因为汴京失陷前，李师师以被籍没家产废为庶民，当了女道士。在万念俱灰，无亲无友之际，隐姓埋名，藏匿于民间，流落于江浙、湖湘一带是很有可能的。而说金军掳她北上，不太可能。因为金军是据当时北宋降臣所提供的名单索取皇后妃嫔的，名单中不应有李师师的名字。
但无论李师师晚境如何，都是非常悲凉的。她无疑是中国历史上最奇特的女子之一，她的一生和北宋一样，是短暂却华丽的。至于她是死在历史上一个不为人知的角落里，还是死在金人的兵戈丛中，已变得并不重要。