1936年入上海国立音乐专科学校师从萧友梅学习和声,并选修钢琴、合唱等课。1938年到延安,进鲁迅艺术学院音乐系学习。结业后又继续在高级班师从冼星海学习作曲指挥,同时在校任教员。抗战胜利后担任华北联合大学文艺学院音乐系主任。1949年后历任中央音乐学院音乐工作团团长、中央歌舞团艺术指导、中央民族乐团团长等职。自1954年起,历任中国音乐家协会常务理事、书记处书记、副主席,音协创作委员会主任,《音乐创作》主编等职务。1985年当选为中国音乐家协会主席。历任第三届全国人大代表和全国政协第五、六、七届委员。
李焕之于1935年开始创作歌曲,40至50年代,共创作了3000余首声乐作品。其中广为流唱的有《青年颂》、《民主建国进行曲》、《新中国青年进行曲》、《社会主义好》等。他曾为《中华人民共和国国歌》等编配合唱、钢琴伴奏与管弦乐总谱等。 鉴于中国民间及古代音乐的遗产极其丰富,如何根据时代发展的要求,将它们进行挖掘、整理并创造出具有新时代精神而又保持浓郁乡土气息和民族传统的作品,几十年一直是李焕之关注并为之勤奋探索的领域。50年代他改编的中国民歌合唱曲《生产忙》、《茶山谣》、《八月桂花遍地开》就深得国内外人民的喜爱。其后他又改编创作了古琴弦歌合唱《苏武》,首创“古曲新唱”。1984年又完成了琴歌合唱套曲《胡笳吟》,古琴伴奏的琴歌女声合唱《子夜四时歌》,大鼓、钢琴伴奏的男声合唱《秦王破阵乐》等。在民族器乐曲领域他也积极实践。1980年根据琴曲《离骚》创作了筝于民族乐队协奏曲《汨罗河幻想曲》;1983年以琴曲《高山》、《流水》为素材创作了箜篌独奏曲《高山流水》;1985年又创作了大型民乐合奏曲及民族管弦乐协奏的大型作品,将古代歌曲合唱与以古曲为基础的民族器乐创作进行了综合性的尝试。