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1950年，演出電影處女作《春滿人間》，此後陸續參與十餘部台語片的演出，同時亦活躍於劇場，出任導演及演員；1952年6月，從省立師範學院教育系畢業。1954年擔任自立晚報文教影劇記者。9月，申請進入[[中影]]公司擔任基本演員遭拒。1955年與師大體育系同學 [[ 王為瑾 ]] 結婚。1957年起在[[唐紹華]]執導的影片裡兼任副導演，正式跨入電影幕後工作。

1963年，完成第一部國語片《街頭巷尾》，首次與攝影師 [[ 賴成英 ]] 合作。進入中影公司，與[[李嘉]]合導國語彩色片《蚵女》，是健康寫實路線第一部電影。自《街頭巷尾》後，李行受中影總經理[[龔弘]]賞識，開啟長達十五年的「健康寫實」風潮；《蚵女》及《養鴨人家》都成為健康寫實經典代表作。1965年首次改編瓊瑤小說的《婉君表妹》，造成第一波瓊瑤旋風；並陸續嘗試執導歷史戰爭片、歌唱文藝片、西部片等不同風格電影。1967年與中影正式簽基本導演合約。1970年，由中影製片部[[胡成鼎]]，中影企劃組[[陳汝霖]]，中影演員管理組[[劉登善]]，兩個導演[[白景瑞]]、李行，兩個攝影師[[ 賴成英]] 、[[林贊庭]]，編劇[[張永祥]]，與負責海外事務的[[蔡東華]]，共九人一起成立「大眾電影公司」。

1978年，李行重回鄉土寫實路線，接連拍攝《汪洋中的一條船》、《小城故事》、《早安台北》三部影片，並連續三年獲得金馬獎最佳劇情片獎，創下台灣影史紀錄，也是李行導演生涯的巔峰。1979年，因《汪洋中的一條船》獲得亞洲影展最佳導演獎。1982年，大眾公司結束營運。1984年，籌組「天下公司」， [[ 周信雄 ]] 有戲院， [[ 蕭晴 ]] 是報社出身負責公關、宣傳， [[ 張雨田 ]] 負責海外發行，李行則是導演兼製作。

1980年代後期，李行開始接觸影展事務，此後便積極推動促進兩岸電影文化交流。1989年，中華民國導演協會成立，獲選為首屆理事長。1990年起，率台灣電影界第一次組團訪問大陸，出任「台北金馬國際影展執行委員會」主席。1992年與香港導演協會會長 [[ 吳思遠 ]] 共同推動「海峽兩岸暨香港電影導演研討會」，並首次邀請大陸影人訪台。1995年，獲第三十二屆金馬獎頒發終身成就獎。2002年9月，李行工作室有限公司成立，以電影終身義工自許。2005年12月，至北京參加「中國電影一百年國際論壇」，於開幕式發表演說，大陸電影界為其發行一套紀念郵票。<ref name="行李">{{cite web |url=http://www.ctfa.org.tw/lee/lee_life.htm | title= 李行的行李 | language=zh | date=2008-05-22 | publisher=財團法人國家電影資料管 | author= | accessdate=2019-01-14}}</ref>