李媛媛的父亲是戏剧导演，母亲做艺术行政工作。小的时候，李媛媛经常随父亲去歌舞团看电影，看京剧，看父亲指导演员们排节目。她自己则开唱京剧和样板戏，并组织了一个小学生队。
1972年西哈努克访问济南时，被挑选为向亲王献花的小女孩之一。
1977年，李媛媛考入上海戏剧学院表演系。1981年毕业后留校任教。
在校期间主演《威尼斯商人》《一仆二主》等话剧。
1983年李媛媛初次涉足影坛，在影片《李冰（上、下）》中饰演了一个纯朴的小姑娘杜鹃。
与上海戏剧学院教授陈茂林合著论文《在寻求“外显”的途中……――<金色夜叉>导演一得》，发表于《上海戏剧》1985年第一期。
1986年中国首届莎士比亚戏剧节与焦晃合作主演莎剧《安东尼与克里奥佩特拉》，好评如潮，连演40余场。
1987年，出演上海人民艺术剧院话剧《自烹》。参演电视剧《密探》，在这部电视剧中，演绎军统女特务。
1988―1990年拍摄了电视剧《豆蔻年华》《上海的早晨》《围城》等，多次获奖。1989年在电视剧《上海的早晨》中扮演三姨太林婉芝，获大众电视金鹰奖最佳女配角奖。
1993年调入北京中央实验话剧院（中国国家话剧院前身之一）。出演话剧《张学良将军》（饰演于凤至）、荒诞话剧《伐子都》（饰演如意）
1998年因主演电视剧《香港的故事》中女主角郑阿带荣获第十六届中国电视金鹰奖最佳女主角奖。
2000年9月，李媛媛被查出患有宫颈癌，随后进行了手术和放化治疗。
2001年，10月接受央视《东方之子》栏目采访。11月因主演电视剧《世纪人生》中女主角董竹君荣获第二十一届中国电视金鹰奖优秀女演员奖。组委会破例让她在病房中接受了这个金鹰奖。
2002年10月20日19时40分在北京病逝，终年41岁。珠江卫视夜倾情节目，剧名《谁叫我爸爸》里饰女2号李丽。