李沛霖7月25日出生于湖北荆门，从小热爱表演；5岁开始学习钢琴，14岁开始学习声乐，高三只身来到北京，进入了北京电影学院进修班开始专业的学习表演技能，并于13年考入电影学院。
写真2017年与罗翔、苏小妹共同主演爱情电影《产科男生》，在剧中饰演姚远。
2018年与安悦溪、王佑硕等共同出演古装玄幻电视剧《饕餮记》，在其中分别饰演角色差距巨大的零和源两个角色； 同年出演的电影《产科男生》上映。
2020年4月与何蓝逗、王珞嘉共同主演古装玄幻网络电影《镇魔司》，在剧中饰演宁无谋 。
2021年主演电影《镇魔司：西域异兽》 。2021年4月，李沛霖作为公益大使参与了「导盲犬追光计划」演唱会。
2022年1月14日，主演的网络电影《镇魔司:灵源秘术》上线 ；5月10日，参演的刑侦反黑剧《对决》播出，在剧中饰演海盗 。
个人写真在《饕餮记》中，李沛霖一人分饰两个角色，并承担了大量的高空威亚戏份，这对于一个从没上过威亚的人来说是一个巨大的挑战。在《镇魔司》中宁无谋的呈现能看出他对角色把握之精准，机灵又滑头的人物性格被他展现的淋漓尽致，不怕苦不怕累的专业素养也让他得到了一致的青睐和赞赏。（千龙网评）
《镇魔司》播出后,由李沛霖饰演的宁无谋在网上引起巨大讨论,嘴硬心软,毒舌傲娇的形象也深入人心。 （中华网评）