李九霄出生于四川省凉山彝族自治州西昌市，5岁时随家人来到北京定居，并在部队大院长大。李九霄从小就喜欢摇滚音乐和电影，而电影《泰坦尼克号》他则看了20多遍。之后，李九霄考入北京电影学院，并系统地学习了表演。

2013年，与杨洋、季晨、贾乃亮合作主演都市励志喜剧电影《爱拼北京》，在片中饰演有轻微洁癖且爱讲究规则的中文系研究生王子修，这是他的首部电影作品，从而正式进入演艺圈。

2015年，出演陈坤、白百何、秦昊主演的剧情电影《火锅英雄》，在片中饰演银行劫匪八戒。

2016年，与刘芮麟、柳明明、耿一智合作主演剧情电影《记得少年那首歌1969》，在片中饰演男主角薛北京的好朋友陈泽军；同年，出演Angelababy、井柏然主演的爱情电影《微微一笑很倾城》，在片中饰演男主角肖奈的室友、网名为“猴子酒”的丘永侯；之后，出演李小江执导的青春喜剧电影《夏天只是一天》，在片中饰演身为警察的男主角小蔡。

2017年，与董晨搭档主演青春奇幻电影《兄弟同体》，在片中一人分饰二角，分别饰演了性格截然相反的双胞胎兄弟泰山与白虎。同年，他与姚晨等合作主演的电影《送我上青云》于12月1日开机。

2019年11月22日，其领衔主演的犯罪悬疑电影《你是凶手》上映。

李九霄的父亲是一名军人，并在部队文工团担任编舞老师，而他的母亲年轻时则是一名舞蹈演员，之后为了家庭而选择当全职妈妈。

李九霄被称作为“有着彝族血统的小栗旬”，他是一个有灵魂的演员。

李九霄在电影《火锅英雄》中，与另外三位演员饰演劫匪四人帮，他们的表现颇为亮眼，而他们所展现出的高大帅气的形象和热血蓬勃的生命力则与日本电影《热血高校》里的男生们极为相似。李九霄在电影《火锅英雄》中，将劫匪贪婪、凶狠的一面表现得淋漓尽致。李九霄不仅颜肉俱全，在电影《火锅英雄》的特辑中也展现了其敬业卖力的一面，而他与陈坤、白百何等演员对戏时也毫不怯场。

李九霄将头发剪断后，虽然看不出太多小栗旬的影子，但一颦一笑都显得活泼明朗了许多。李九霄非常聪明，他在回答他人的提问时，不仅可以第一时间抓到回答的重点，而且他讲起故事来既有细节，又很有趣。