李济深早年投身军界，从广西出发去广州求学，进入陆军中学堂，接着转到速成学校。辛亥革命那年，他跟同学一起破坏铁桥，拖延清军南下脚步，帮助起义军争取时间。革命后，他南下加入孙中山的部队，当参谋，参与攻打几个城市，立下战功。毕业于军校后，当教官，教出一批军官。

到了一九二零年代初，李济深到广州，加入孙中山的护法军政府，当副官长，还入了国民党。一九二四年，他帮着筹建黄埔军校，出钱出力，提供枪支弹药，还任命人管理训练部。军校开学后，他负责部分工作。那时候，国民党里头有不同派系，他跟一些人关系近。

一九二五年，东征打陈炯明，他带部队从广州出发，收复粤东等地，统一两广。一九二六年北伐开始，他当第四军军长，部队打出名堂，攻下多个地方。北伐推进中，他升任多个职位，管南方事务。

一九二七年春，他越来越靠向蒋介石，受右派影响，对工农运动有看法。四月十二日，上海清党，他支持蒋介石行动。回广州后，他下令包围工会办事处，解除工人武装，逮捕很多人。接着，他发电报恭贺南京政府成立，当上广东省主席。

一九二九年，蒋桂战争时，他调解矛盾，却被蒋介石扣押，开除党籍，关在汤山。一九三一年九一八事变后，蒋介石放了他。一九三二年一二八事变，十九路军在上海抗击日军，他支持蒋光鼐和蔡廷锴的部队。

一九三三年夏，十九路军调到福建剿红军，蒋光鼐不愿内战，回老家。后来，蒋介石改组福建领导，蒋光鼐当省长，蔡廷锴当公署主任。五月，陈铭枢在香港见李济深，商量反蒋抗日。八月，陈公培到红三军团驻地，跟十九路军达成停火协议。九月，蒋光鼐派人进苏区见毛泽东和朱德，签反日反蒋初步协定，十九路军解除对苏区封锁。十月，李济深和陈铭枢在香港开反蒋会谈。十一月十八日，在福州开最后会议。十一月二十二日，中华共和国人民革命政府在福州成立，李济深当主席，宣布脱离国民党，反蒋抗日。

十二月，国民党调大军围剿十九路军，蒋介石亲自督战。李济深联系红军求支持。一九三四年初，十九路军失利，李济深和蒋光鼐等人逃到香港，政府失败。十月，红军第五次反围剿失败，离开苏区开始长征。

一九三六年西安事变，李济深主张和平解决，四处游说。事变解决后，上庐山见蒋介石，劝抗日。一九三七年抗战爆发，他反对蒋介石安内攘外政策，主张联共抗日，提供地方给共产党活动。一九四三年九月，军事委员会撤桂林办公厅，他调任参议院院长，没去重庆，回苍梧跟共产党游击队一起抗日，南方局派人协助。十一月，周恩来传话共产党要在西南敌后建民主政权，希望他帮忙，他开始南巡演讲抗日。

他拒绝蒋介石去重庆上任的信，回电说没发动人民民主抗战前不去。蒋介石派人暗杀，他靠警卫发现避过。日军通过汪精卫邀他当华南伪政府头头，他拒绝。一九四四年九月，桂林失守，他回梧州拉起地方武装，得到共产党物资情报支持。毛泽东指示华南民主联军司令非他不可。

一九四五年抗战胜利后，内战爆发，他被蒋介石排挤，躲到香港。四月，在三罗地区视察，说别对国民党抱幻想，赞共产党抗日力量真抗日。一九四六年夏，上庐山参加会议劝蒋介石，但失败，写长信批评，离开后断绝往来。

一九四八年四月三十日，中共中央号召开政协会议，毛泽东列邀请名单，李济深排第一个。年底，李宗仁和美国拉他建第三政府，划江而治，他拒绝。在香港住所被特务监视，通过衣帽间外套判断行动。圣诞节，在潘汉年帮忙下北上，登苏联轮船，经大连上岸。

一九四九年一月二十日，到北平西苑机场。毛泽东决定在政协会议提名他当中央人民政府副主席。九月二十一日，第一届政协会议在北平开，选举毛泽东当主席，朱德、刘少奇、宋庆龄、李济深、张澜、高岗当副主席。结果出来，有人议论共产党打天下民主人士坐天下，尤其是李济深过去是大军阀，帮蒋介石杀革命人士。周恩来知道后，去向代表解释，说李济深发动福建事变反蒋时主动联络苏区，如果当时没左倾，江西福建就能联合粉碎蒋介石围剿，红军可能就不用长征。革命不革命会变，过去不革命现在革命就是进步。

李济深跟其他代表联名提出请大会电联合国否认国民党代表案，成为新中国第一号提案。十月一日，参加开国大典，站天安门城楼。十月，他跟朱德、宋庆龄一起站城楼。一九五零年，主持接管华南海关。冬天，南下视察粤桂边区。一九五四年宪法起草，他叮嘱起草组民族地区自治条款要写透。

一九五九年国庆十周年阅兵，他坐天安门观礼台前排。庆典后写诗表达愿望，五天后住院，四天后十月九日病逝。毛泽东、周恩来、朱德、刘少奇、宋庆龄、彭真等去中山公园中山堂吊唁。十月十二日上午十点，在中山堂开公祭，首都各界参加。