李道宗为唐高祖李渊的堂侄。唐武德元年(618年)五月二十日，李渊在长安称帝，建立唐朝。李道宗的父亲李韶，被追封东平王，赠户部尚书。李道宗则封为左千牛备身、略阳郡公。武德二年(619年)十一月，李世民率军自龙门关(今山西河津西北)乘坚冰过黄河，屯兵柏壁，与刘武周主力宋金刚军对峙，并同固守绛州(今山西新绛)的唐军形成犄角之势，进逼宋金刚军。李道宗时年十七岁，随李世民前去抵抗。李世民登玉壁城(今山西稷山西南)观察军情，回头问李道宗：“贼人恃众想邀我决战，你认为该怎么办?”李道宗答道：“刘武周乘胜，其兵锋势不可挡，正好应当用计加以摧败。况且乌合之众不能持久，如能坚守壁垒以挫折其锐气，待其粮尽力屈，可以不战而擒获其众。”李世民说：“你的意见与我相合。”后来刘武周军果因粮尽连夜退走，唐军追至介州(今山西晋城介休)，一战而胜。唐军夺回河东要地，对巩固关中，尔后争夺中原具有重要意义，李道宗功不可没。武德三年(620年)七月至武德四年(621年)五月，秦王李世民又率军于洛阳、虎牢(今河南荥阳汜水镇西)地区，先后击破郑帝王世充、夏王窦建德军二大势力。李道宗在此次作战中又屡建战功。武德四年(621年)，窦建德旧部刘黑闼依靠突厥率部起兵反唐。武德五年(622年)正月，刘黑闼自称汉东王。李道宗再次随李世民出征。双方相持60余日，刘黑闼暗中率军袭击李世勣军，李道宗随李世民率军袭击刘黑闼军侧后以救援李勣，结果被刘黑闼包围，此时尉迟敬德率勇士冲入包围，李道宗与李世民趁势脱险。
武德五年(622年)十一月，唐封宗室李道宗等十八人为郡王，李道宗为灵州(今宁夏吴忠市境内)总管。朔方割据势力梁师都据夏州(今陕西靖边东北白城子)，遣其弟梁洛仁带几万突厥兵包围灵州。李道宗据城固守，并寻隙出击，大败突厥军。唐高祖闻讯后，称道不已，并对左仆射裴寂、中书令萧瑀说：”如今道宗镇守边陲，以寡制众。从前魏朝任城王曹彰有退敌之功，道宗勇敢，与之相似。“遂封李道宗为任城王。当时突厥与梁师都相勾结，派郁射设进驻五原(今陕西定边)故地，李道宗率军将郁射设赶出五原，振耀威武，并向北开拓疆土千余里。此战，李道宗采取据城固守，待敌懈怠的策略，一举击败突厥，并为大唐开疆拓土。武德八年(625年)七、八月，突厥分路南下攻扰唐边境。八月廿三日(9月29日)，李道宗率军击败来犯灵州的突厥军。贞观元年(627年)，李道宗征拜鸿胪卿，历左领军、大理卿。唐太宗将经略突厥，又拜李道宗为灵州都督。贞观三年(629年)十一月，突厥军进扰河西走廊。唐太宗以此为借口，诏命任城王李道宗为大同道行军总管，率所部反击突厥。同时以并州都督李勣为通汉道行军总管，兵部尚书李靖为定襄道行军总管，华州刺史柴绍为金河道行军总管，检校幽州都督卫孝杰为恒安道行军总管，灵州大都督薛万彻为畅武道行军总管，共率兵十余万，皆受李靖节度，分六路共同反击突厥。十一月二十八日，李道宗在灵州击败突厥兵。贞观四年(630年)二月，李靖率所部大破颉利可汗部，颉利可汗逃往灵州西北的沙钵罗部，欲投奔吐谷浑。三月，李道宗领军进逼，让苏尼失交出颉利。俘颉利可汗送回长安，苏尼失举兵投降，至此漠南之地遂空，北部边境数十年无大战事。李道宗因功赐实封六百户，召拜刑部尚书。贞观五年(631年)四月，灵州(治今宁夏吴忠市境内)斛薛部反叛，李道宗率部追击，将其击破。
贞观八年(634年)，吐谷浑伏允可汗依其臣天柱王之谋，进袭唐廓(今青海化隆西南)、兰州，使唐通往西域的咽喉河西走廊受到威胁。六月，唐遣左骁卫大将军段志玄率军反击，追至青海湖后班师。十一月吐谷浑再次寇扰凉州(治姑臧，今甘肃武威)。唐太宗大为震怒，下决心大举征伐吐谷浑。十二月初三，起用已致仕的右仆射李靖为西海道行军大总管，以李道宗和兵部尚书、积石道行军总管侯君集为副将，同时出征的还有凉州都督、且末道行军总管李大亮、岷州都督、赤水道行军总管李道彦、利州刺史、盐泽道行军总管高甑生和归唐的东突厥及契苾何力等军。吐谷浑闻唐军将至，退走嶂山(今甘肃旧宁夏府)，已距唐军几千里。诸将商议准备回军，李道宗则坚持追击，得到李靖的同意，李道宗遂率偏师急行军十日，在库山(今青海湖东南)追上吐谷浑部。吐谷浑部凭险殊死作战，李道宗派千余骑逾山袭其后，吐谷浑腹背受敌，大败而逃。伏允可汗烧尽野草，轻兵入碛。李靖分兵两路追击，自李大亮、薛万彻等部由北路切断其通往祁连山的退路，并迂回至伏俟城;李道宗和侯君集等部由南路追截南逃的吐谷浑军。在无人的苦寒之地行军二千余里，在乌海(今青海苦海)追上伏允可汗，大破其众，俘其名王骁将。贞观十一年(637年)，李道宗迁礼部尚书，改封江夏郡王，同时被封的还有河间郡王李孝恭。不久便因贪赃入狱。唐太宗因此事对侍臣们说：“朕拥有四海之富，士马如林，如使车辙之迹周遍天下，游观而不止息，采取绝域之奇玩，海外之珍馐，难道不能得到吗?只因劳累民众而自我作乐，因而不为。人心不知满足，应当以义加以节制。如今道宗已封王爵，禀赐甚多而贪求不止，岂不令人鄙弃!”于是罢免李道宗的官职，削其封邑，以郡王身份归家。贞观十三年(639年)，李道宗又被起用，为茂州都督，还未上任，又转为晋州刺史。贞观十四年(640年)，再拜为礼部尚书。多弥可汗再次发兵进犯夏州。十二月二十五日，唐太宗诏令李道宗征发朔、并、汾、箕、岚、代、忻、蔚、云9州兵马镇守朔州(治善阳，今山西朔县);右卫大将军、代州都督薛万彻、左骁卫大将军阿史那社尔，征发胜、夏、银、绥、丹、延、鄜、坊、石、隰十州兵马镇守胜州(治榆林，今内蒙古准格尔旗东北黄河南岸十二连城);胜州都督宋君明、左武侯将军薛孤吴，征发灵、原、宁、盐、庆5州兵马镇守灵州(治今宁夏灵武西南);又命执失思力征发灵、胜二州的突厥兵，与李道宗等人相互呼应。薛延陀军入塞，见唐军已有防备，未敢贸然进攻。侯君集击破高昌返回后，心中颇为怨恨不满。道宗曾从容上奏说：“君集智小而言大，必为祸首。”唐太宗问为什么说他必会谋反，李道宗回答说：“见其忌嫉而矜其功勋，耻其位在房玄龄与李靖之下，官为尚书，而常怀郁郁不平之气。”唐太宗说：“君集确实有功，也有才干，我怎会吝惜爵位呢?只是还未轮到他。你不应该随意猜测，让人猜疑自危。”不久君集谋反事发，唐太宗笑着说：“正如你所推测的那样。”
贞观十八年(644年)二月，唐太宗出兵征讨高句丽，先派营州都督张俭率轻骑渡过辽河侦察形势，张俭畏敌，不敢深入其境。道宗奏请率百骑前往，唐太宗表示同意，与他商讨返回的日期，他说：“臣请用二十天奔走于路，留驻十天观览山川形势，然后还见天子。”随即喂饱战马备好行装，沿南山深入贼地，观察险易地势，测度扎营布阵便利之处。将要返回时，恰遇高丽军队绝断归路，道宗另走小路，按期谒见唐太宗。唐太宗说：“孟贲、夏育之勇何以过此!”赐予黄金五十斤，绢帛一千匹。李勣采用疑兵之计，秘密北上直趋甬道，于四月初一从通定镇(今辽宁新民西北辽河西岸)渡过辽水(即辽河)，到达玄菟。高丽大骇，各城皆闭门自守。初五，李道宗率数千人马到达新城(今辽宁沈阳东北)，派折冲都尉曹三良率十余骑兵逼近城门，守军不敢出战。十五日，李道宗与李勣合兵攻打盖牟城(今辽宁抚顺)，至二十六日攻取该城，俘虏二万余人，获粮食十余万石。唐军进至辽东城(今辽宁辽阳)下，初八，高句丽步骑兵四万余人救援，李道宗率四千骑兵迎击。军中士兵都认为众寡悬殊，不如挖深濠沟加高壁垒坚守，等候大军到来时在战。李道宗说：“不可。贼人赴急远来，其兵必定疲惫，我军定能一鼓而摧。从前耿..不把贼寇留待君父扫除，我等既为前军，就应当扫清道路以迎大驾，还等待什么呢?”李勣也认为有道理，遂与高丽军展开激战，行军总管张君乂接战不利，败退。李道宗收集散兵，登高观察敌阵，见高丽军阵形混乱，遂率领几十名骁勇骑兵冲击敌阵，左进右出，右进左出。李勣又领兵助阵，大败高丽军，斩首千余级。初十，唐太宗御驾渡过辽水，驻扎在马首山(即今辽宁辽阳西南首山)，对李道宗大为赞赏，赐奴婢四十人。唐军进至安市城时，唐军久攻不下。李道宗率部在安市城东南筑土山，逼近城墙。士卒轮番作战，每日达六七次，唐军用冲车和发射石块，撞开城墙垛，城中随即立木栅栏以堵塞缺口。李道宗脚部受伤，太宗亲自为他针灸，并赐给他御膳。唐军昼夜不停地加筑土山，共用60余日，土山顶离城只有几丈，可以向下俯瞰城内。此时李道宗让果毅都尉傅伏爱领兵驻守在山顶以防备高丽兵突袭。不巧的是土山坍毁，压向城墙，城墙也崩塌，正赶上傅伏爱擅离职守，使数百名高丽兵从城墙缺口处出来迎战，乘混乱之机抢占了土山，挖沟堑守护。唐太宗大怒，将傅伏爱斩首示众(一说李道宗失于部署，归罪于傅伏爱)，命诸将攻城，但唐军连攻三天未能夺回。李道宗光著脚到唐太宗的麾旗下请罪，唐太宗说：“你的罪按律应当处死，但朕认为汉武帝杀掉王恢，不如秦穆公赦免孟明视。况且你有破盖牟、辽东的功劳，所以特赦你。”
贞观二十年(646年)，李道宗被任命为瀚海道安抚大使，与其他几路唐军一起讨伐薛延陀。薛延陀的多弥可汗见势不妙，逃到阿史德时健部落，却被回纥兵围攻，多弥可汗被杀。部众拥立咄摩支为伊特勿失可汗，伊特勿失可汗向大唐朝廷上书请和，要求驻留在郁督军山(今蒙古国境内杭爱山东支)北麓，唐太宗表示同意，派李勣和崔敦礼前往安抚。李勣发现伊特勿失可汗并非真心归附，而是暗中图谋不轨，就和李道宗一起，在郁督军山北痛击薛延陀，斩首五千余级，俘虏薛延陀男女三万余人。李道宗渡过沙漠，追击薛延陀，与数万余众激战，斩首千余级，追出了两百里，灭薛延陀之战取得了完胜，咄摩支被带回京城献俘。
贞观二十一年(647年)，李道宗因身体不适请居闲职，转为太常卿。永徽元年(650年)，李道宗加授特进，增实封并前共六百户。永徽四年(653年)二月，房遗爱(房玄龄之子)、薛万彻、柴令武(柴绍之子)因谋反被杀。房遗爱、高阳公主谋反一案牵连了众多的皇亲国戚，其中包括长孙无忌一向忌惮的吴王李恪，还有与长孙无忌、褚遂良有宿怨的江夏郡王李道宗。在这场血淋淋的权利斗争中，驸马都尉房遗爱、薛万彻、柴令武被斩首示众，荆王李元景、吴王李恪、巴陵公主、高阳公主都被赐死，李道宗持身再正，也逃不出报复式的清洗，他被流放象州(今广西柳州东南)，在路上就病逝了，享年五十四岁。权利斗争周而复始，武则天得势，长孙无忌、褚遂良重蹈李道宗的命运，李道宗又被追复爵邑。