出身隴西李氏武陽房，祖父李充節，隋朔州刺史、武陽公；父李大通，隋千牛備身、通事謁者；叔父李大亮，為凌煙閣二十四功臣之一。

李道裕貞觀初為虞部郎中，曾出使高昌。十三年遷將作少匠。十八年，唐太宗征遼東，因太常卿韋挺在幽州主持後勤，殆于職務，被太宗免職除名，令李道裕代之。二十年，刑部尚書張亮被人告發謀反，群臣皆認為該殺。獨李道裕言：「亮反形未具，罪不當死。」但最終張亮伏法，李道裕因此也被太宗記在心中。一年後，刑部侍郎任缺，太宗命宰相推舉的數人，皆不稱旨，最後言道：「朕得其人矣。往者李道裕議張亮獄雲『反形未具』，此言當矣，朕雖不從，至今悔之。」遂以道裕為刑部侍郎，封狄道公。後出為蒲州刺史。太宗準備再次征遼東，命江南造大船，遣陝州刺史孫伏伽召募勇敢之士，萊州刺史李道裕運糧及器械，貯于烏胡島。未行而帝崩。高宗嗣位，轉大理卿。

永徽三年，弓月道行軍副總管高德逸將所購買的駿馬私自留下自用，被御史彈劾，李道裕因奏請將駿馬送到宮中馬廄，被高宗認為他「妄希我意，深乖法官之體」，將他貶官。

有子李仁宗。