李文安在科舉入仕前，長期在家鄉以授館為業。李鴻章六歲就進入家館棣華書屋學習。他少年聰慧，先後拜堂伯仿仙和合肥名士徐子苓為師攻讀經史，打下了紮實的學問功底。道光二十三年（1843年），入選優貢入京應翌年（甲辰）順天鄉試，一舉中式；1845年，參加恩科考試落第，但詩文博得曾國藩青睞；二十七年（1847年）考中丁未科二甲第十三名進士，朝考改翰林院庶吉士。
李鴻章對聯李鴻章在初次會試落榜後的“乙丙之際”（即1845年~1846年），師從曾國藩，學習經世致用之學，奠定了一生事業和思想的基礎。曾國藩一再稱其“才可大用”，並把他和門下同時中進士的郭嵩燾、陳鼐、帥遠鐸並稱為“丁未四君子”。李鴻章又於鹹豐九年（1859年）末投奔建昌曾國藩湘軍大營，充當幕僚。曾國藩繼而苦心孤詣地加以精心培養，使李鴻章的思想、性格乃至生活習慣都深為其所潛移默化。李鴻章自稱：“我從師多矣，毋若此老翁之善教者，其隨時、隨地、隨事，均有所指示。”曾國藩則評價李鴻章道：“少荃（即李鴻章）天資與公牘最相近，將來建樹非凡，或竟青出於藍也未可知。”
鹹豐三年（1853年），李鴻章在家鄉舉辦團練，其隊伍“整齊皆可用”；繼而為曾國藩幕僚。1860年，李秀成攻破清朝江南江北大營，沿海諸省陷入恐慌，上海局勢危急，曾國藩派李鴻章前往援救，李從此開始淮軍的招募與組建。他於家鄉安徽大批募兵，後馳援上海，成為湘淮代興的變化契機。
太平天國起義平息後，曾國藩遭到猜忌，湘軍裁員；而撚軍又起，清廷隻得仰仗淮軍，淮軍於是向江北發展並急劇擴大。其後，隨著李鴻章地位、權力的上升，淮軍陸續被清廷派防直隸、山東、江蘇、廣西、廣東、台灣等地，成為充當國防軍角色的常備軍。李鴻章也因平息太平天國起義和撚軍有功而官運亨通，曆任江蘇巡撫、兩江總督、欽差大臣、兩廣總督、直隸總督兼北洋大臣。
李鴻章在直隸總督兼北洋大臣任上達25年，同時兼任大學士，後來又加太子太傅銜，逐漸掌握了清朝內政、外交、軍事、經濟大權，參與製定了一係列重大舉措，成為清廷的股肱重臣。而以他為領袖，由淮軍將領、幕僚以及一批誌同道合的官僚組成的淮係集團，則成為當時實力最強的一個洋務派集團，並在其帶領下，開始了中國早期的洋務—自強—近代化運動。
在鎮壓太平天國農民起義的過程中，李鴻章不僅建立了用西式裝備武裝起來的淮軍，還創辦了一批近代軍事工業，“練兵以製器為先”。同治二年（1863年），先在鬆江創辦了一個洋炮局；此後，又命韓殿甲、丁日昌在上海創辦了兩個洋炮局，合稱“上海炸彈三局”。同治三年（1864年），鬆江局遷至蘇州，改為蘇州機器局。同治四年（1865年），李鴻章在署理兩江總督任上，收購了上海虹口美商旗記鐵廠，與韓、丁的兩局合並，擴建為江南製造局（今上海江南造船廠）。與此同時，蘇州機器局亦隨李鴻章遷往南京，擴建為金陵機器局（今南京晨光機器廠）。同治九年（1870年），李鴻章調任直隸總督，接管原由崇厚創辦的天津機器局，並擴大其生產規模。於是，中國近代早期的四大軍工企業中，李鴻章一人就創辦了三個（另一個是左宗棠、沈葆楨創辦的福州船政局）。
這時，李鴻章認識到中國之積弱不振，原因在於“患貧”，得出“富強相因”、“必先富而後能強”的觀念，將洋務運動的重點轉向“求富”。同治十一年（1872年）底，他首創中國近代最大的民用企業——輪船招商局。這是中國第一家民營輪船公司，它承攬了朝廷“官物”運輸一半的運量，而其隨後展開的客運業務竟擠垮了英美合辦的旗昌公司。從此亦奠定了“官督商辦”政策的基調。因李鴻章認為，在中國創辦擁有自主權的企業“體重大，有裨國計民生，故需官為扶持並酌借官帑以助商力之不足事”。在整個19世紀七八十年代，李鴻章先後創辦了河北磁州煤鐵礦（1875年）、江西興國煤礦（1876年）、湖北廣濟煤礦（1876年）、開平礦務局（1877年）、上海機器織布局（1878年）、山東嶧縣煤礦（1880年）、天津電報總局（1880年）、唐胥鐵路（1881年）、上海電報總局（1884年）、津沽鐵路（1887年）、漠河金礦（1887年）、熱河四道溝銅礦及三山鉛銀礦（1887年）、上海華盛紡織總廠（1894年）等一係列民用企業，涉及礦業、鐵路、紡織、電信等各行各業。在經營方針上，也逐漸由官督商辦轉向官商合辦，從客觀上促進了近代資本主義在中國的發展。由於李鴻章的主持和參與，洋務派創辦了中國近代第一條鐵路、第一座鋼鐵廠、第一座機器製造廠、第一所近代化軍校、第一支近代化海軍艦隊……由他支持鋪設的中國第一條電報電纜線在大沽口到天津城之間開通——他懂得電報業蘊藏著極高的軍事和民用價值。之後，用大清國政府的銀兩投資、以贏利為目的的電報公司成立。