李治开始扶着床学走路的时候，喜欢拿着笔乱划，身边的人把纸给他让他划在纸上，人们看到李治在纸角上画出来的竟然是个“敕”字（唐朝政事堂议出的命令和政策后，由皇帝画个敕字，代表诏令）。李世民叫人把纸烧了，而且命令不许外传。
早年经历
贞观二年（628）六月庚寅，李治出生在东宫的丽正殿。
贞观五年（631），封为晋王。
贞观七年（633），不到任所而接受并州都督之职。幼而聪慧，端庄安详，宽厚仁慈，和睦兄弟。开始由著作郎萧德言教授《孝经》，唐太宗问道：“这部《孝经》说的什么最重要？”对答道：“孝，开始是事奉双亲，长大后是事奉君王，最终是修身。君子事奉皇上，进朝廷想着尽忠，退居在家想到弥补皇上的过错，将顺从其美，纠正其恶。”唐太宗大喜道：“按此行事，完全能够事奉好父兄，做好臣子了。”等到文德皇后去世，李治时年九岁，悲哀思念之情感动左右的人，太宗多次加以安慰，从此特别受到宠爱。不久被任命为右武候大将军。
贞观十七年（643），皇太子李承乾被废弃，魏王李泰也因犯罪被贬，唐太宗与长孙无忌、房玄龄、李勣等人计议，四月七日，唐太宗亲驾承天门，下诏立李治为皇太子。唐太宗每次上朝，常令李治在旁边，让他观看自己决断各种政务，有时候让他参加议事，唐太宗多次称赞他好。
贞观十八年（644），唐太宗将讨伐高丽，命令李治留守定州。等到唐太宗基本确定了发兵日期，李治悲哀，整天啼哭，因而请求驿站飞马传递自己生活工作起居的表章，并传递边境情况的报告，唐太宗都同意了。用快马奏事，从此开始。等到唐太宗大军凯旋，李治跟从唐太宗到并州。当时唐太宗生了个大毒疮，李治亲自用口吸毒脓，扶着车辇步行跟从了几天。
登基为帝
贞观二十三年（649）五月二十六日，唐太宗驾崩在终南山的翠微宫。二十七日，以礼部尚书、兼太子少师、黎阳县公于志宁为侍中，太子少詹事、兼尚书左丞张行成为兼侍中、检校刑部尚书，太子右庶子、兼吏部侍郎、代理户部尚书高季辅为兼中书令、检校吏部尚书，太子左庶子、高阳县男许敬宗兼礼部尚书。二十八日，李治回京。
六月一日，李治即皇帝位，时年二十二岁。八日，改民部尚书为户部尚书。叠州都督英国公史李勣为特进、检校洛州刺史，仍在洛阳宫留守。十日，诏令司徒、扬州都督、赵国公长孙无忌为太尉兼检校中书令，主持尚书省、门下省二省政事，其余官职依前一样，赐物三千缎。二十日，特进、英国公李勣为开府仪同三司、同中书门下三品。
秋七月三日，有关衙门请求改治书侍御史为御史中丞，诸州治中为司马，别驾为长史，治礼郎为奉礼郎，以避讳李治的名。因为贞观时不避讳先帝太宗“世民”二字，所以不同意，有关衙门上奏道：“先帝两个名字，在礼制上不偏向某一避讳。皇上既是单名，臣下不应指斥。”李治于是听从之。六日，于阗王伏阇信来朝见。
八月一日，河东地震，晋州尤其厉害，毁坏了房屋，压死了五千多人。三日又发生地震。诏令派遣使者慰问，免赋税三年，压死的人家各赐给绢绸三匹。以开府仪同三司、英国公李勣为尚书左仆射、同中书门下三品。仆射开始连带同中书门下。十八日，将唐太宗安葬在昭陵。
九月十二日，加授鄜州刺史、荆王李元景为司徒，前安州都督、吴王李恪为司空兼梁州刺史。二十四日，赠梁国公房玄龄为太尉；赠申国公高士廉为司徒，赠蒋国公屈突通为左仆射，都可在太宗庙庭配祭。
永徽元年（650）春正月六日，李治立妃子王氏为皇后。七日，封陈王李忠为雍州牧。五月九日，李治对群臣道：“朕继承皇帝大位，刑罚教化不明，致使晋州多次地震。确实是由于赏罚不公正，政理荒谬所致。你们应该晋封章奏事，尽量指明政教得失，以挽救朕之不足。”吐火罗派遣使者献大鸟，大鸟像骆驼，吃铜铁，李治派人献到昭陵。吐蕃赞普死，李治派遣右武卫将军鲜于匡济持皇帝书信前往吊祭。九月，高侃击擒突厥车鼻可汗，分置单于、瀚海二都护府。
永徽二年（651）正月，西突厥贺鲁自立为沙钵罗可汗。七月沙，钵罗可汗攻入庭州，遣梁建方讨之。八月大食国始遣使来唐。
永徽三年 （652）年正月，唐军在牢山大败贺鲁军。吐谷浑、新罗、高句丽、百济并遣使入贡。三月建大雁塔。七月户部计，全国380万户。十一月驳马国遣使朝贡。是年孙思邈著《千金方》。
永徽四年（653年），房遗爱、高阳公主、巴陵公主、薛万彻柴令武等人密谋拥立荆州王元景为帝，事情败露，，二月三日，房遗爱、薛万彻、柴令武等都被处死；李元景、巴陵、高阳公主都被赐以自杀。左骁卫大将军、安国公执失思力发配到辒州充军；侍中兼太子詹事、平昌县公宇文节发配到桂州充军。吴王李恪、江夏王道宗、蜀王李愔等因得罪长孙无忌、褚遂良，或死或贬。
同年，李治颁布孔颖达的《五经正义》，每年秋举明经考试就依据《五经正义》。
乾纲独断
早在李治还是太子的时候，就与大他四岁的太宗才人武氏私通；唐太宗驾崩后，武氏依唐后宫之例，入感业寺削发为尼。
永徽元年（650年）五月，唐高宗在太宗周年忌日入感业寺进香之时，又与武氏相遇，两人相认并互诉离别后的思念之情。
永徽二年（651年）五月，唐高宗的孝服已满，武氏便再度入宫。次年五月，被拜为二品昭仪。
不久高宗欲废王皇后，改立武氏为后。对此，长孙无忌及褚遂良等元老重臣表示反对。李义府、许敬宗等却迎合帝意，表示赞成；宿将李勣则奏称：“此陛下家事，何必更问外人。”高宗在李义府等人的支持下，终于在永徽六年（655年）废王皇后，立武氏为皇后。长孙无忌及褚遂良等均遭贬斥，不久，长孙无忌被迫自缢，褚遂良则被流放至更遥远的爱州（今越南清化），死在那里。
帝后争锋
李治因武后慢慢有主导政局的趋势，一度有废后的打算，未料计划被武后得知，武后向李治申诉辩解，事情遂作罢，但是协助李治拟诏的上官仪则遭族诛。这件事情过后，李治再也无由压制武后。
显庆末年，李治患风眩头重，目不能视，难于操持政务，武后得以逐渐掌握朝政，李治在武后的建议下使用天皇称号，与天后武氏并称二圣。
上元二年（675），李治患的风眩症更厉害了，便与大臣们商议，准备让武后摄政。宰相郝处俊谏道：“陛下奈何将高祖、太宗的天下，不传给子孙而委任给天后啊！”李治因而暂时停议。武后得知后，就召集了一些“文学之士”撰《列女传》、《臣轨》、《百僚新戒》、《乐书》，约千余卷；并且密令参决百官疏奏，以分宰相的权力。
李治期朝政主要和武氏共同商议处理，但李治仍掌握实权，在他执政年间，武后的支持者李义府、许敬宗等先后倒台，武后的政敌及家属拜相，王废后的族兄王方翼也受到任用，拟定《内训》和《外戚诫》压制武家人兴风作浪，武后对此皆无可奈何。
去世
永淳二年（683年），李治驾到奉天宫，当时武后从封泰山以后，劝李治封中岳。李治因患病而终止。李治苦于头痛不可忍耐，侍医秦鸣鹤道：“刺头微微出血，可以治愈。”武后在帷帐中说道：“此医可斩首，想要在陛下头上刺出血来吗！”李治说：“我苦于头痛，出血未必不好！”侍医就用针刺百会，李治道：“我的眼睛明亮了。”不久，诏命皇太子李显代理国政，裴炎、刘齐贤、郭正一等人在东宫任同平章事。李治从奉天宫回东都洛阳，病得很厉害，宰相以下大臣都不能晋见。
同年十二月，诏令改永淳二年为弘道元年。将要宣布赦免之书，李治想要亲自到则天门楼，由于气不顺而不能上马，于是召百姓在殿前宣读赦免书。礼毕，李治问侍臣道：“百姓喜欢吗？”侍臣道：“百姓承蒙皇上赦免，没有一个人不感动喜悦。”李治道：“百姓虽喜，但我的性命危险。天神地神若延长我一两个月的命，能够回长安，死也无遗憾了。”当晚，李治在贞观殿去世，终年五十六岁。宣布遗诏：“七天装在灵柩内，皇太子在灵柩前即皇帝位。园陵制度，务以节俭。军国大事有不能决断者，请天后处理决断。”群臣上谥号曰天皇大帝，庙号高宗。
文明元年（684年）八月十一日，安葬在乾陵。天宝十三年（754年），改谥为天皇大弘孝皇帝。