李元嘉的生母宇文昭仪，受唐高祖宠爱，高祖即位后，想立她为皇后，宇文昭仪固辞不受。李元嘉因母亲受宠爱，而特受高祖的宠爱，高祖继位后生的儿子没有比得上的。元嘉少聪俊。左手画圆，右手画方，口诵经史，目数群羊，兼成四十字诗，一时而就，足书五言一绝：六事齐举。代号“神仙童子”。

武德四年（621年），册封宋州刺史、宋王，徙封徐州都督、徐王。贞观六年（632年），受实封七百户，出任潞州刺史，时年十五。得知母亲宇文昭仪卧病在床时，涕泣绝食。宇文太妃发丧，李元嘉哀哭过礼，哥哥唐太宗感动而安慰他。李元嘉好学问，藏书万卷，搜集古代碑文，爱好解析古文字异同。与同母弟李灵夔非常友爱，平时就像庶民兄弟一样。李元嘉娶房玄龄的女儿为妻。

贞观九年（635年），任右领军大将军。十年（636年），改封韩王，任潞州都督。二十三（649年），加增实封千户。唐高宗末年，转任泽州刺史。武则天主政时，进太尉、定州刺史。