2002年，李丹妮就讀于北京電影學院，大一的時候，李丹妮的姐姐做導演，她出演了姐姐制片拍攝的短片女一號。
2004年，李丹妮被張藝謀導演選取為“奧運寶貝”，代表中國赴雅典參加接旗儀式中“茉莉花”的演出。主演舞的臺劇《星海?黃河》獲得“五個一工程獎”和“魯迅文藝獎”。
2007年，與王勁松、張默、李玉剛共同出演了電影《天下第二》，并在影片中飾演了女忍者。
2010年12月22日，李丹妮獲得“2010中國時尚大典年度時尚模特獎”。
2011年，與張柏芝、鄭中基、劉樺合作出演了王晶執導的電影《無價之寶》，并在影片中飾演了仇蛛。
2014年，李丹妮主演的《戰將》在央視八套黃金檔放映，劇中飾演韓先楚夫人劉芷一角，將英雄伴侶的革命情感演繹的動人心弦。該劇由中國電視劇制作中心制作出品，八一電影制片廠導演寧海強執導。