早年经历
　　李存勖自幼喜欢骑马射箭，胆力过人，为李克用所宠爱。少年时随父作战，11岁就与父亲到长安向唐廷报功，得到了唐昭宗的赏赐和夸奖。成人后状貌雄伟，稍习《春秋》，略通文义，作战勇敢，尤喜音声、歌舞、俳优之戏。当时，军阀混战、占据河东的李克用常被控制河南的朱全忠(即朱温，又名朱晃)牵制围困，兵力不足，地盘狭小，非常悲观。李存勖劝说其父：“朱全忠恃其武力，吞灭四邻，想篡夺帝位，这是自取灭亡。我们千万不可灰心丧气，要积蓄力量，等待时机”。李克用听后大为高兴，重新振作起来，与朱全忠对抗。

即位晋王
　　开平二年(公元908年)正月，李克用病死，李存勖于同月袭晋王位。办完丧事，他就设计捕杀了试图夺位的叔父李克宁，并率军解潞州(山西上党)之围。李存勖认为潞州是河东屏障，没有潞州对河东不利，所以他立即率军从晋阳出发，直取上党，乘大雾突袭围潞州的梁军，大获全胜。李存勖的用兵使朱全忠大惊，他说：“生子当如李亚子，克用为不亡矣！至如吾儿，豚犬耳！”(《资治通鉴·卷二六六》)潞州围解，河东威振，控制镇州的王镕和控制定州的王处直见形势骤变，也动摇了附梁的信心，竟和李存勖结成联盟共同对付后梁。后梁为了保护河北，不惜一切，出兵再战，于是双方在柏乡又展开了一场血战。柏乡之役，晋军有周德威等3000骑兵和镇州、定州兵；梁军有王景仁率的禁军和魏博兵八万。梁军守柏乡、以逸待劳，在地形、兵力、装备几方面处于优势；而晋军是骑兵，机动性和进攻能力大，对梁军构成威胁。战役开始，李存勖采用周德威建议，引诱梁兵出城，聚而歼之，晋军主动后撤。梁军主将王景仁果然上当，倾巢而出。晋军抓住机会，以骑兵猛烈突击梁军，周德威攻右翼，李嗣源攻左翼，鼓噪而进。这时晋军李存璋率领的骑兵大队也赶上，梁军丢盔弃甲，死伤殆尽。这一仗，使梁军丧失了对河北的控制权，之后，朱全忠一听晋军就谈虎色变。而李存勖却进一步安定了河东局势，他息兵行赏，任用贤才，惩治贪官恶吏，宽刑减赋，河东大治。

建立后唐
　　李克用临死时，交给李存勖三支箭，嘱咐他要完成三件大事：一是讨伐刘仁恭(刘守光)，攻克幽州(今北京一带)；二是征讨契丹，解除北方边境的威胁；第三件大事就是要消灭世敌朱全忠。他将三支箭供奉在家庙里，每临出征就派人取来，放在精制的丝套里，带着上阵，打了胜仗，又送回家庙，表示完成了任务。公元911年，李存勖在高邑(河北高邑县)打败了朱全忠亲自统帅的50万大军。接着，攻破燕地，将刘仁恭活捉回太原。九年后，他又大破契丹兵，将耶律阿保机赶回北方。经过十多年的交战，李存勖基本上完成了父亲遗命，于公元923年攻灭后梁，统一北方，四月，在魏州(河北大名县西)称帝，国号为唐，不久迁都洛阳，年号“同光”，史称后唐。

后期统治
　　李存勖在战场上出生入死，不惜生命，是员勇将；但是在政治上，却是一个昏暗无知的蠢人。称帝后，他认为父仇已报，中原已定，不再进取，开始享乐。他自幼喜欢看戏、演戏，即位后，常常面涂粉墨，穿上戏装，登台表演，不理朝政；并自取艺名为“李天下”。有一次上台演戏，他连喊两声“李天下”！一个伶人上去扇了他个耳光，周围人都吓得出了一身冷汗。李存勖问为什么打他，伶人阿谀地说：“李”(理)天下的只有皇帝一人，你叫了两声，还有一人是谁呢？李存勖听了不仅没有责罚 ，反而予以赏赐。伶人受到皇帝宠幸，可以自由出入宫中和皇帝打打闹闹，侮辱戏弄朝臣，群臣敢怒而不敢言。有的朝官和藩镇为了求他们在皇帝面前美言几句，还争着送礼巴结。李存勖还用伶人做耳目，去刺探群臣的言行，置身经百战的将士于不顾，而去封身无寸功的伶人当刺史。此外，李存勖还下令召集在各地的原唐宫太监，把他们作为心腹，担任官中各执事和诸镇的监军。将领们受到宦官的监视、侮辱，读书人也断了进身之路。同时，李存勖又派伶人、宦官抢民女入宫，有一次，竟抢了驻守魏州将士们的妻女1000多人，搞得众叛亲离，怨声四起。

身死国破
　　公元926年，李存勖听信宦官谗言，冤杀了大将郭崇韬。另一战功卓著的大将李嗣源也险遭杀害。是年三月，李嗣源在将士们的拥戴下，率军进入汴京，准备自立为帝。李存勖得讯忙拿出内府的金帛赏给洛阳的将士，逼他们开赴汴水。军到中牟县，听说李嗣源已进入汴京。李存勖知道大势已去，急返洛阳，路上兵士逃走一半。回到洛阳后，他试图抵抗李嗣源的进攻。四月，李嗣源先锋石敬瑭带兵逼进汜水关（河南荥阳汜水镇），李存勖决定自己率军去扼守。丁亥日，军队按照他的命令在宫门外等候出发，李存勖正用早餐。这时，被提升为从马直（李存勖亲军）指挥使的伶人郭从谦趁军队都调到城外候命之机发动兵变，带着叛乱的士兵乱杀乱砍，火烧兴教门，趁火势杀入宫内，在混乱中射死了前来带领侍卫抵抗的李存勖。李嗣源攻入洛阳，派人从灰烬中找到了李存勖的一些零星尸骨，葬于雍陵。李嗣源自己又当上了皇帝。
　　李存勖死后谥曰“光圣神闵孝皇帝”，庙号为(唐)庄宗。