李时勉在童年时期，曾在寒冬季节用棉被将脚裹起来塞进桶中，坚持读书。李时勉5岁发蒙，7岁就能背诵《四书》、《五经》，12岁能诗会赋。永乐二年（1404年）中进士，被选为庶吉士，入文渊阁学习，参与编修《太祖实录》。李时勉后被授予刑部主事，又参与重修《实录》。书成后，改任翰林侍读。
明成祖永乐十九年（1421年），三殿失火，明成祖朱棣下诏征求直言。李时勉上书评论时事计十五项。
成祖当时已决定迁都北京，正在招来远方的人民。而李时勉却说营建北京不合适，并说外国来进贡的人不宜让他们群居在明成祖朱棣身边。这些话都忤逆了明成祖朱棣的意志。明成祖朱棣接着往下看李时勉的其他建议，大都切中时病，明成祖朱棣气得几次将李时勉的奏章扔到地下，但又都忍不住地捡起来再看，结果许多建议都得以施行。不久李时勉被诬陷入狱。一年多后获释，得到
杨荣的推荐，官复原职。
洪熙元年(1425)，李时勉又上疏议论政事。仁宗非常愤怒，将李时勉召到便殿，但李时勉在答辩中毫不退让。明仁宗
朱高炽气得命武士用金瓜击打李时勉，李时勉三根肋骨被打断，抬出去时都快死了。第二天，改任为交趾道御史，命李时勉每天审查一件狱案，提交一份议政报告。李时勉上奏了几次，于是被投进
锦衣卫监狱。李时勉曾有恩于某位锦衣卫千户，这位千户正好来视察监狱，便偷偷地请来医生，用海外进口的血竭药给李时勉疗伤，李时勉才得以不死。仁宗病情加重，对
夏原吉说：“李时勉在朝廷上侮辱我。”说完，他勃然大怒，夏原吉忙安慰劝解。这天晚上，明仁宗朱高炽逝世。
宣宗即位已过了一年，有人谈到李时勉得罪先帝的情形。明宣宗
朱瞻基大怒，命令使者说：“去把李时勉捆来，朕要亲自审问他，非把他杀了不可。”过了一会儿，又命令王指挥马上把李时勉绑到西市斩首，不用带来相见了。王指挥走出端西旁门，而前面的使者已绑着李时勉从端东旁门进来了，两人没有碰上。明宣宗朱瞻基遥见李时勉，骂道：“你这小臣胆敢触犯先帝！你在奏疏中说了什么？快说！”李时勉叩头说道：“臣说在居丧守孝期间不宜亲近嫔妃，不宜让皇太子远离于左右。”明宣宗朱瞻基听说后，脸色稍有和缓。李时勉又从容谈到第六件事时停住了。明宣宗朱瞻基命李时勉全部说出来。李时勉答道：“臣惶惧不能全部记住。”明宣宗
朱瞻基怒意更消除了，说：“这是难为你了，草稿在哪里？”时勉答道：“已经烧了。”明宣宗朱瞻基为之叹息，称赞李时勉忠诚，马上赦免了李时勉，恢复
侍读的官衔。等王指挥从监狱回来，李时勉已经冠带整齐地站立在阶前了。
宣德五年（1430年），《成祖实录》修成，升为
侍读学士。明宣宗朱瞻基幸临史馆，把金钱撒到地上赐给学士们。众人都俯身拾取，唯独时勉站着不动。明宣宗朱瞻基于是把剩下的钱都赐给了李时勉。
正统三年（1438年），因《宣宗实录》修成，升为学士，主管院事兼经筵官。正统六年（1441年）取代贝泰任祭酒。正统八年（1443年）请求退休，皇上不批准。
李时勉请改建国子学。明英宗命
王振去视察，李时勉接待王振的礼仪不够隆重。王振怀恨在心，便搜集李时勉的短处，竟一无所得。李时勉曾经折断彝伦堂前一棵树的枝条，王振于是说时勉擅自砍伐官木回家。王振拿着圣旨，将李时勉和司业赵琬、掌馔金鉴一起枷在国子监门前。当时官校到来时，李时勉正坐在东堂批阅学生们的试卷，李时勉从容不迫地宣布学生们的成绩，让僚属们定出甲乙等级，放榜公布，这才出来受刑。当时正当盛暑，枷锁三天不解。国子监学生李贵等一千多人到宫门前请求宽恕时勉。有个叫石大用的，上奏情愿自己代替受刑。学生们围聚在朝廷门口，呼声响彻殿庭。王振听说学生们不平，恐怕激出变故。到通政司将石大用的奏章呈上去后，王振内心有愧。助教李继请求会昌侯
孙忠调解。孙忠是皇太后的父亲。孙忠生日那天，太后派人到孙忠家赐给礼物。孙忠便附带奏报太后，太后又为他向明英宗说明了情况。明英宗开始并不知道这件事，这时马上将李时勉释放了。李继为人放荡不羁，李时勉曾经恳切地规劝过李继。但李继不能完全接受，不过李继内心很感激李时勉，所以这时出来帮助了李时勉。
正统九年（1444年），明英宗
朱祁镇视察
国子学。李时勉为皇上讲解《
尚书》，讲得透彻清楚。皇上很高兴，给了李时勉许多赏赐。李时勉一连上书请求退休，都不批准。正统十二年（1447年）春才获得批准。朝臣和国子监学生近三千人到都门外为李时勉饯行，有的还一直把李时勉送到船上，等船走后才离开。
英宗北狩（被俘）期间，李时勉日夜都非常悲痛。李时勉派孙子李骥到朝廷上书，请求选将练兵，亲近君子，疏远小人，褒扬忠诚而有气节之士，迎回英宗，复仇雪耻。景泰元年（1450年）代宗发圣旨给予褒奖，而李时勉却已经去世了，终年七十七岁。谥号文毅。
成化五年（1469），听从李时勉孙子李骥的请求，改谥忠文，赠礼部侍郎。
太祖任
宋讷为祭酒，宋讷最有名气。后来宁化人
张显宗申明学规，人们把张显宗比作宋讷。而
胡俨在成祖之世，更被人称颂为人师。但论正直而有节操，德高望重而为士大夫们所依归的，都不如李时勉。英国公
张辅与各侯、伯上奏，愿意一起到国子监听时勉讲学。皇上命他们三月三日前往。李时勉升坐师席，学生们都依次站在下面，李时勉讲解了《五经》各一章。讲课结束后设酒席，各侯、伯推让说“：这是我们受教的地方，应当与其他学生坐在一起。”只有张辅与李时勉执平礼。学生们唱起《鹿鸣》这首诗，宾主和谐融洽，直到天黑才各自散去。人们把这件事称作太平盛事。