幼年,应童子试落弟后入中学堂,清末袁世凯编练常备军,李赴武汉投湖北常备军第二镇,后改为第21混成协,黎元洪任协统。1909年李培基离开武汉赴奉天,考入东三省陆军讲武堂学习军事,与商震有同学之谊。毕业后又考取东三省陆军测绘学堂。
1911年10月10日,武昌起义各省纷纷响应,在奉天的李培基、商震等革命党人共谋起事大计,促成各县独立。在庄复、辽阳等起义失败后,李培基潜回奉天。后保皇党赵尔巽镇压革命的势力强大,在奉天城内疯狂绞杀革命党人和民众,李等转移至大连,并组织关外民军,商震为总司令,李培基为参谋长兼参谋处长,并于1912年抵山东蓬莱并迅速占领黄县,随后与北伐军会师烟台,在山东半岛声威大震。
1913年,关外民军解体,李培基赴北京,积极参与“二次革命”,失败后李培基幸免于难并在京津地区辗转。
1917年,商震为阎锡山督办军工厂,李培基投靠了他。
1917年8月,为第1混成旅第2团(团长王嗣昌)第2营营长。
1924年,李培基任商震第1师第2旅第3团团长。
1926年,升任旅长。
1927年,阎就任国民革命军北方总司令,李任第1师师长。
1928年,晋奉大战时,李培基因作战有功,升任第3军团第1军军长。当年6月暂时代理绥远都统,同年根据编遣会议的决定出任晋军缩编32师师长,11月被任命为代理察哈尔省主席,后由杨爱源代理。
1928年6月,被南京政府任命为绥远省政府委员兼主席。
1931年,商震脱离阎投靠蒋介石,并邀请李培基赴北平开会商讨晋绥之事。
1933年5月24日,南京国民政府委任李培基为河南省政府委员兼民政厅长。
1935年6月28日,调任河北省政府委员兼民政厅长职,同年12月31日又改任河南省政府委员。
1936年,任河南省地政局长。
1937年2月19日,出任全国经济委员会黄河水利委员会委员。
1938年2月,出任国民政府监察院监察委员,并曾先后任铨叙部部长,考试院部秘书长,河南省政府主席兼保安司令,河南省县长考试典试委员长。
1944年,被免去河南省主席兼保安司令职。
1945年,当选国民党第六届中央执行委员。
1946年11月,李当选制宪国民大会代表,并先后担任国民政府顾问,水利委员会委员,考试院部顾问官,立法院立法委员。
中华人民共和国成立后,曾任全国政协文史研究委员会委员等职。
1969年逝世,享年83岁。
生平著作有《辛亥关外革命始末记》。