1982 年初获安徽农业大学学士学位，1984 年获中科院遗传研究所硕士学位，1991 年获美国布兰代斯大学博士学位，美国康乃尔大学汤普逊植物研究所从事博士后。2004 年 1 月任中国科学院党组成员、副院长，2011 年 11 月任农业部党组成员、副部长，中国农业科学院院长。2015年 5 月 4 日，李家洋当选英国皇家学会外籍会员。2020 年 9 月 9 日，担任中国农业科学院科学技术协会名誉主席。

长期从事高等植物生长发育与代谢的分子遗传学研究。以粮食作物水稻和模式植物拟南芥为材料，研究植物激素的合成途径与作用机理，着重于阐明高等植物株型形成的分子机理，并致力于水稻品种设计，培育高产、优质、高抗、高效新品种。

中国科学院院士、美国科学院院士、德国科学院院士。“国家杰出青年基金”、中国科学院“百人计划”、“创新研究群体”科学基金。 2004 年获全球华人生物科学家大会生命科学成就奖、何梁何利生命科学奖和中国十大科技新闻人物，2005 年获国家自然科学奖二等奖、发展中国家科学院讲演奖、长江学者成就二等奖，2011 年获美国植物生物学家学会终身会员奖，2013 年获中国科学院杰出科技成就奖。