李一纯从小在长沙周南女校念书，那时候五四新思想正传得厉害，她跟杨开慧是同学，经常来往杨家，就这样认识了杨开慧的哥哥杨开智。1918年她19岁的时候，跟杨开智结了婚。1920年10月，他们生下了女儿杨展。

一家人先是在长沙，后来杨开智到北京求学，她也跟着过去，杨开智进了国立北京农业专门学校，忙着学业和实业救国的事。

1922年底，李立三从法国回来，因为是湖南老乡，就到北京杨家暂住。李立三是早期工人运动的骨干，参加过安源路矿大罢工，后来还担任过党的主要负责人。1923年1月，李立三要回湖南开展工作，杨开智因为北京还有事，就托他顺路照顾李一纯一起南下。

结果在路上，李一纯和李立三因为共同的革命想法越走越近。李一纯直接跟杨开智提出离婚，杨开智同意了。离婚以后，李一纯觉得过意不去，就把自己还没出嫁的二妹李崇德介绍给杨开智。

李崇德也是接受新思想的进步女性，跟杨开智相处以后结婚了，两人后来一直过得平稳，杨开智继续搞农业科技和革命工作。这样，杨开智就成了李一纯的妹夫。

李一纯跟李立三结婚以后，在安源一起生活。李立三当时主要抓工人运动，她也跟着投入进去。1925年她在上海经向警予介绍加入中国共产党，担任过中央妇女部的工作，参与妇女运动。

1925年10月，她跟李立三一起去莫斯科参加共产国际会议，同行的还有蔡和森和向警予夫妇。蔡和森是党的主要创始人之一，最早系统提出建立中国共产党的理论家，还是毛泽东一辈子的战友。

那时候蔡和森跟向警予的婚姻出了问题，蔡和森身体也不好，李一纯在路上和会议期间多照顾了他一些。两人因为革命工作接触多，慢慢有了感情。

李一纯又一次直接跟李立三说明情况，提出离婚。李立三同意后，她把自己三妹李崇善介绍给李立三。李崇善性格独立，跟李立三合适，1926年在上海结婚了。这样，李立三也成了李一纯的妹夫。

同年年底，李一纯跟蔡和森在莫斯科结了婚。婚后他们一起回国，继续投身革命。李一纯陪蔡和森走过不少艰难时期，一起处理党内事务。

1931年6月，蔡和森到香港开展工作，10日被捕，后来引渡到广州。8月4日，蔡和森在广州监狱被国民党反动派杀害，当时他36岁。李一纯那年32岁，失去丈夫以后没有再婚，独自带着三个孩子继续工作。

她一辈子都没离开革命岗位。1933年6月，江苏省委机关被破坏，她在上海被捕，后来经过组织营救出狱。出狱后她去了延安，在鲁迅师范学校和陕甘宁边区行政学院当教员，负责教学和理论教育工作。

全国解放以后，她先后在北戴河中直疗养院和北京中直机关从事理论教育，处理资料、参加培训，一直干到晚年。1984年5月17日，她在北京去世，终年85岁。