生卒不详
李夫人，中山（今河北省定县）人，生得云鬓花颜，婀娜多姿，尤其精通音律，擅长歌舞，却不幸沦落风尘。她的哥哥李延年，能作曲，能填词也能编舞，算是一个天生的艺术人才。
她的弟弟李广利则是一个游手好闲，不务正业的浪荡子。后来都因她的裙带关系，李延年被封为协律都尉，李广利则贵为贰师将军海内侯。
汉武帝刘彻自幼喜欢音乐与歌舞，当时李氏的兄长李延年是汉宫内廷音律侍奉。对音乐颇有研究，而且善歌舞，他所作之曲，听者常为之感动。一日，李延年率为汉武帝唱新歌： 北方有佳人，绝世而独立；一顾倾人城，再顾倾人国；宁不知倾城与倾国，佳人难再得。
汉武帝却问道：“果真有如此美貌的佳人吗？” 平阳公主接刘彻的话说：“延年的妹妹貌美超人！”武帝连忙琥诏，召李氏进宫，刘彻见李氏后顿时了！只见李氏体态轻盈，貌若天仙，肌肤洁白如玉，而且同其兄长一样也善歌舞。武帝刘彻被李氏深深吸引，就这样李氏开始了她的宫廷生活，李夫人进宫后，立刻受到了宠爱。
汉武帝自得李夫人以后，爱若至宝，一年以后生下一子，被封为昌邑王。李夫人身体羸弱，更因为产后失调，因而病重，萎顿病榻，日渐憔悴。但武帝依然惦记着她，对其她嫔妃毫无兴趣，此时，卫后已色衰失宠，所以，武帝念念不忘李氏，帮亲自去李氏的寝宫探视，深知色衰就意味着失宠的李夫人却颇有心计，自始至终要留给汉武帝一个美好的印象，因此拒绝汉武帝来探病。见武帝来便将全身蒙被中，不让武帝看她，武帝很不理解，执意要看，李夫人蒙被说道：“臣妾想将儿子昌邑王与妾的兄长托付于陛下。”武帝劝说道：“夫人如此重病，不能起来，若若你让朕看你，你当面将他们插队给朕，岂不快哉！”李夫人却用锦被蒙住头脸，在锦被中说道：“身为妇人，容貌不修，装饰不整，不足以见君父，如今蓬头垢面，实在不敢与陛下见面。望陛下理解。” 汉武帝相劝：“夫人若能见我，朕净赐给夫人黄金千金，并且人夫人的兄弟加官进爵。”李夫人却始终不肯露出脸来，说：能否给兄弟加官，权力在陛下，并在在乎是否一见。“并翻身背对武帝，哭了起来。武帝无可奈何，十分不悦的离开。
汉武帝离开后，李夫人的姐妹们都埋怨她，不该这样这么做。李夫人却说：“凡是以容貌取悦于人，色衰则爱弛；倘以憔悴的容貌与皇上见面，以前那些美好的印象，都会一扫而光，还能期望他念念不忘地照顾我的儿子和兄弟吗？” 她死后，汉武帝伤心欲绝，亲自督饬画工绘制他印象中的李夫人形象，悬挂在甘泉宫里，旦夕徘徊瞻顾，低徊嗟叹；对昌邑王钟爱有加，将李延年推引为协律都尉，对李广利更是纵容关爱兼而有之。
方士李少翁，知道汉武帝日夜思今已帮的李夫人，便说他能够把夫人请回来与皇上相会。汉武帝十分高兴，遂如李少翁入宫施法术，
李少翁要了李夫人生前的衣服，准备净室，中间挂着薄纱幕，幕里点着蜡烛，果然，通过灯光的照映，李夫人的影子投在薄纱幕上，只见她侧着身子慢慢地走过来，一下子就在纱幕消失了，实际上，李少翁是表演了一出皮影戏，汉武帝看到李夫人的影子，更加相思悲感起来，写了一首诗：“是邪，非邪？立而望之，偏何姗姗其来迟。”（《汉书·外戚传》）令宫中乐府的乐师谱曲演唱，他还写了一首《伤悼李夫人赋》，反悔怀念李夫人的爱情，李少翁因表演灯影戏，在纱幕上再现李夫人的形象，因此而被封为文成将军。
后元二后（前87年），汉武帝驾崩，其子八岁的是弗陵即帝位，是为昭帝。
昭帝即位后，大将军霍光按武帝的旨意，上奏昭帝，追尊李夫人为“孝武皇后”，并以皇后之礼葬之（卫后后来被废，所以武帝茂陵的皇后位空缺。李夫人之墓在茂陵西北角，是离茂陵最近的陪葬墓。但从现今考古发现来看，“皇后之礼”似没有从其葬制上体现。）
