2002年，李丹妮就读于北京电影学院，大一的时候，李丹妮的姐姐做导演，她出演了姐姐制片拍摄的短片女一号。
2004年，李丹妮被张艺谋导演选取为“奥运宝贝”，代表中国赴雅典参加接旗仪式中“茉莉花”的演出。主演舞的台剧《星海·黄河》获得“五个一工程奖”和“鲁迅文艺奖”。
2007年，与王劲松、张默、李玉刚共同出演了电影《天下第二》，并在影片中饰演了女忍者。
2010年12月22日，李丹妮获得“2010中国时尚大典年度时尚模特奖”。
2011年，与张柏芝、郑中基、刘桦合作出演了王晶执导的电影《无价之宝》，并在影片中饰演了仇蛛。
2014年，李丹妮主演的《战将》在央视八套黄金档放映，剧中饰演韩先楚夫人刘芷一角，将英雄伴侣的革命情感演绎的动人心弦。该剧由中国电视剧制作中心制作出品，八一电影制片厂导演宁海强执导。