李公寿幼时，其外祖父崔惟善曾抚摸他的脑袋说：“此儿当为大器。”他自幼好学，进入国子监读书，后凭父荫补为良酝令。但他一心登科及第，最终在大安二年（1086年）如愿以偿。
此后，他历任弓箭库判官、金吾卫录事、直翰林院、詹事府主簿、试司直、右拾遗、知制诰等职。寿昌五年（1099年）十月被派到
辽朝，谢贺生辰。还朝后，以殿中内给事通判黄州，后调任西京留守判官。此后历任
礼部员外郎、
刑部员外郎、
尚书左司郎中、
礼部郎中、
秘书少监、司宰少监等职。乾统九年（1109年）十二月十二日，擢为
御史中丞。翌年迁兵部侍郎，兼管选军司兵马达十四年之久，以称职著称。
天庆二年（1112年）七月，调任西北面兵马副使。后迁礼部侍郎、翰林侍读学士。其后又历任兵部侍郎、礼部侍郎、右谏议大夫、卫尉卿、知尚书都省事等职。天庆五年（1115年）正月出使辽朝，谢横宣。回国后任秘书监、知刑部事同知。天庆六年（1116年），迁迁国子监大司成兼直门下省。天庆七年（1117年）六月，擢为右散骑常侍。翌年，加工部尚书，出为西北面兵马使。己亥年（1119年），调任吏部尚书，十二月拜尚书右仆射，不久升左仆射。辛丑年（1121年）七月，再次出为西北面兵马使。他的旧日同僚大多升为宰辅，他却迟迟没有，一些人为他感到可惜，但他却泰然处之。
甲辰年（1124年）十二月二十一日，他获任检校司徒、守司空、
参知政事，跻身宰辅。一年后，升中书门下平章事、判刑部事。其时他的再从兄弟朝鲜国公
李资谦专权，
高丽仁宗欲除掉他，遂咨询
金仁存与他，他对仁宗说：“蔓草难图，然同恶满朝，势难轻举，故待其便。”金仁存也劝仁宗不要轻举妄动。仁宗又转而与枢密副使智禄延等合作，谋诛李资谦及其亲家
拓俊京，反而在丙午年（1126年）二月引发
李资谦之乱。乱中李资谦、拓俊京询问李公寿是否需要在宫中放火以尽除智禄延一党，李公寿表示：“宫宇相比，延烧不可扑灭，甚不可也。”但拓俊京已先下手焚宫。其后，仁宗又下诏将王位禅让给李资谦，李资谦召集宰枢两府大臣商议，众人面面相觑，不知所言，唯独李公寿怒斥：“上虽有诏，李公岂敢如是？”李资谦的堂兄弟李资德也附和李公寿，李资谦只好作罢。四月十五日，获任门下侍郎平章事、守太尉，并改名公寿。其时仁宗被李资谦软禁，却通过
崔思全成功策反了拓俊京，仁宗便传密诏给拓俊京和李公寿，要求他们伺机勤王。五月二十日，拓俊京偕李公寿等一起进宫，扳倒李资谦，使仁宗恢复权力。仁宗给李公寿赐推忠卫社同德功臣号，加守太傅，命判吏部事，并在戊申年（1128年）三月十八日拜他为门下侍中（首相）。
李公寿本来患有
风痹，不愿与
妙清的党羽同朝为官，因此屡次请求致仕。到辛亥年（1131年）七月，仁宗终于批准了他的致仕。九月，加检校太师之衔。此后，他以读佛书、作佛事为乐。丁巳年（1137年）七月十六日去世。仁宗为之
辍朝一日，赐谥文忠。