金明昌三年，李冶生于金代大兴城（今北京）的一个官僚家庭。李冶的父亲李逾是金朝的进士，在大兴城胡沙虎手下作一名幕僚（类似现今参谋的职务），李逾是博学多才，能诗善画并且不怕权势的人，他见到胡沙虎卖权恃势，恣意屠杀人民，歧视同伍，无恶不作，因此常常据理力争。从此胡沙虎便怀恨在心，蓄意排除李逾。李逾为了防备胡沙虎的迫害，先把家中的幼小老弱送回故乡。这时李冶正是童年，他没有随同家属回栾城而独自到元氏（今河北元氏县）去求学。

1230年，李冶往洛阳应试，被录取为词赋科进土，因得高陵（今陕西高陵县）主簿官职，但没有赴任，后任钧州（今河南禹县）当知事。1232年，蒙古军攻破了钧州城，李冶弃职北走，隐居于晋北峰山（今山西峰县）的桐川。从此便开始了他那艰苦的学术生涯。在这期间，为了筹集从事工作和生活的费用，不得不到处奔跑，求助于太原、平定等地的在职官吏。由于他的学识尚能得到当地的统治者以及社会名儒的赏识和支持，因此才得以从事著作讲学的物质条件。这时李冶所从事的研究工作是多方面的，尤其对数学的兴趣最大，他的数学名著《测圆海镜》就是在这段时间进行的。

1251年左右李冶的经济情况已经好转，便离开了这个避难的地方，回到他少年求学的元氏，并在封龙山下买下一些田产，仍然过着隐士的生活。在这里与他随学从游的人很多，尤其与张德辉和元裕的交往最密，当时人们称他们为“龙山三老”。

1257年，也就是蒙古军大举进攻南宋的前一年，为了听取汉族士大夫的意见，忽必烈根据以前张德辉的推荐，命令召见金朝遗老李俊民、李冶、魏磷等人。是年五月，李冶会见忽必烈于上都（今内蒙多伦附近）。在这次会见中，忽必烈向他问用人治国之道以及最近发生地震的原因，李冶在回答中指出，治国之道在于“有法度，控名责实，进君子，退小人”；关于地震，他认为：“天裂为阳不足，地震为阴有余……今之震动，或奸邪在侧，或女谒盛行，或谗后交至，或刑罚失中，或征伐骤举，五者必有一于此矣”。接着他又说：“夫天之爱君如爱其子，故示此以警之耳。苟能辨奸邪，去女谒、屏谗尽，省刑罚，慎征讨，上当天心，下协人意，则可转咎为休矣”。忽必烈在表面上赞扬了他的议论。

1260年忽必烈在上都登上了帝位，是为元世祖，1261年，世祖向李冶发出聘请，并许以清高而重要的工作。但李冶却以老病为由拒聘。1265年李冶又被召为翰林学土，就职一年后，重又以老病辞去。

辞职后仍回到封龙山隐居，1279年卒。

李冶作为一个有成就的数学家，在治学态度方面，具有与古往今来的科学家所共有的精神，也有其独特之点：

1．在极端艰苦的条件下坚持科学研究，从不间断自己的工作。李冶处在一个动荡不定的时代，特别是弃官隐居以后，从事科学研究的环境是十分艰苦的，常常饥寒至不能自存，但仍处之泰然，以讲学著书为乐。对于数学研究，他也是下过苦功的，他在病危时对其子克修说：“测圆海镜一书，虽九九小数，五常精思致力焉，后世必有知者”。

2．坚持科学真理，不为闲言蜚语所动摇数学研究在当时社会是被轻视的，李冶的工作很少得到当时学者的理解。《测圆海镜》和《益古演段》两书，是在他逝世后三十年才得以付印的。

3．善于接受前人知识，取其精华。有人问学于李冶，李冶回答说：“学有三：积之之多不若取之之精，取之之精不若得之之深”。这就是说，要去其糟粕，取其精华，并使它成为自己的东西．

4．反对文章的深奥化和庸俗化，主张文章是为别人，而不是为自己。李冶在《益古演段》序中说：“今之算者，未必有刘（徽）李（淳风）之工，而编心踞见，不肯晓然示人唯务隐互错揉故为溪滓黯哭，唯恐学者得窥其仿佛也。”他的《益古演段》就是这种主张下的著作。