李东翰出身于军人家庭，年少时受过专业的短道速滑训练；与此同时，他还会篮球、排球、羽毛球、台球、武术等。李东翰在上中学的时候，加入了排球校队，并与队友一起拿过长春市排球比赛的冠军
李东翰大学就读于中央戏剧学院表演系本科，他与陈思成是同班同学，俩人还多次合作完成过学校布置的作业。
2002年，出演吴子牛执导的古装剧《热血忠魂之独行侍卫》，在剧中饰演御前侍卫关达，这是他的首部电视剧作品，从而正式进入演艺圈。
2003年，出演邓超、霍思燕、潘虹主演的古装剧《少年天子》，在剧中饰演胸怀大志却一生悲辛无尽的襄亲王博果尔。
2005年，出演邓超、赵阳、释小龙主演的古装悬疑剧《少年包青天Ⅲ之天芒传奇》，在剧中饰演才貌逸群且率真坦荡的耶律文才。
2006年，出演汪涛执导的革命战争剧《草原春来早》，在剧中饰演骁勇善战的蒙古族战士巴特尔。
2007年，与王斑、李晨、嵇波合作主演警匪悬疑剧《绝密押运》，在剧中饰演有责任感却容易冲动的武警九中队排长左毅然。
2008年，与郑晓宁、李洪涛、郭铁诚合作主演军事题材电视剧《和平使命》，在剧中饰演铁军师连长李强。
2009年8月25日，获得“影视60周年岁月与光芒颁奖典礼”最具潜力男演员奖的提名；同年，出演陈建执导的战争电影《厂窖惨案》，在片中饰演朴实敦厚且顽强不屈的湘北水乡厂窖船工水鹞子。
2010年，出演高翊浚执导的年代传奇剧《烟雨斜阳》，在剧中饰演劫富济贫的黑帮老大高飞；同年，出演郭少雄执导的革命战争剧《米脂婆姨》，在剧中饰演阴险毒辣的国民党军官何振青。
2011年5月，参加CCTV-6综艺节目《爱秀电影》的录制，并在密室环节中饰演了郭靖；同年，与刘涛、陈思成、包贝尔合作主演年代情感剧《橄榄树》，在剧中饰演因战争而双目失明的军人秦川，这也是他首次在影视剧中尝试盲人的角色。
2012年，出演吴奇隆、甘婷婷、张少华主演的抗战剧《向着炮火前进》，在剧中饰演团城日军上尉八重英；之后，出演黄祖权执导的古装剧《薛丁山》，在剧中饰演罗通的儿子、扫北元帅罗章，与樊少皇饰演一对父子；同年，出演冯绍峰、林依晨、翟天临主演的古装剧《兰陵王》，在剧中饰演武功高强且性格坚韧的阳士深。
2013年，出演白涛执导的古装剧《医圣》，在剧中饰演男主角张仲景的徒弟杜度，与刘牧饰演一对师徒；同年，出演侯梦瑶、高云翔、米露主演的古装宫廷剧《多情江山》，在剧中饰演信宣和郡王爱新觉罗·多铎。
2014年，出演卫翰韬执导的古装剧《上官婉儿》在剧中饰演酷史来俊臣。
2015年，出演吕乐执导的爱情电影《盗墓女》，在片中饰演出身医学世家的男主角刘嘉。
2016年，与田牧宸、冯静、宁丹琳合作主演抗战剧《战狼战狼》，在剧中饰演因毒瘾发作而被日军控制的共产党特工金刚山。
2017年，出演吴雅文执导的警匪电影《连环骗局》在剧中饰演出身警察世家的男主肖大猛；同年，出演李金铭主演的历史文化剧《大傩·董春女》。
影视60周年岁月与光芒颁奖典礼
李东翰特别适合演军人，而长期的运动训练也让他拥有良好的身体素质和独特的个人气质，再加上出身于军人家庭，从小耳濡目染，诠释起军人形象也得心应手、形神兼备。
李东翰在电视剧《兰陵王》中，不仅将阳士深这一角色演绎得很生动，而且还将阳士深忠心沉稳、有情有义的形象刻画得深入人心。
李东翰拥有硬朗帅气的外形、娴熟且充满爆发力的演技。李东翰在电视剧《向着炮火前进》中，将八重英的人物性格，以及前后反差，诠释得层次分明、十分饱满，而这也展现出其不露痕迹的表演功底。
