1917年4月8日，出生于湖南省郴县。

中学时代在武汉和长沙就读，1937年，于长沙雅礼中学毕业。

1938年考入国立重庆大学地质系，1942年，毕业于国立重庆大学地质系，获理学士学位。

1942——1949年，任经济部中央地质调查所练习员、技佐、技士。

1950——1951年，中国地质工作计划指导委员会工程师。

1951年至今中国科学院古生物研究所（1959年起改名为中国科学院南京地质古生物研究所）任助理研究员、副研究员、研究员。

1957年起，任南京大学地质系兼职教授。

1959——1984年任中国科学院南京地质古生物研究所古植物研究室主任。

1979年，任中国古生物学会常务理事。

1980年，当选为中国科学院地学部学部委员（院士）。

1983年，任中国古植物学会理事长；英文版《华夏古生物志》副主编。

1985年，任《古生物学报》主编。

1988年，任中国科学院南京地质古生物研究所学术委员会主任。

1989年，当

1950—1951年任全国地质工作计划指导委员会工程师。

1951年起在中国科学院古生物研究所（现为南京地质古生物研究所）工作至今，历任助理研究员、副研究员、研究员、室主任、所学术委员会主任，其间1957—1958年和1979年曾任南京大学地质系兼职教授，1984年11月起至今兼任南京大学地质系（现为地球科学系）教授。

曾任江苏省第五届、第六届政治协商会议委员。历任全国地层委员会顾问，中国古生物学会理事长，中国古生物学会古植物学分会理事长，第一届、第二届古生物学名词审定委员会副主任、主任，南京早期人类文化遗址综合研究专家组组长，南京大学地质系（地球科学系）兼职教授，吉林大学兼职教授及古生物学与地层学研究中心学术委员会主任。先后任《中国古生物志》编委，《地层学杂志》编委，《华夏古生物志》副主编，《古生物学报》主编。在国际地质古生物学界历任国际古植物学会中国地区代表，国际植物命名委员会植物化石委员会

主要发表文章及著作：己发表《华北月门沟系植物化石》，《中国晚古生代陆相地层》，《华南大羽羊齿类生殖器官的发现》，《东亚华夏植物群的起源、演替与分布》，《北祁连山东段纳谬尔期地层和生物群》与《中国与邻区晚古生代植物地理区划》等140多篇重要论著。

是中国古植物学和陆相地层学重要开拓者和奠基人，在其代表作《华北月门沟群植物化石》等著作中，提出了华夏植物群早、中、晚三期及南北三区的概念。他的《中国晚古生代陆相地层》等著作，为地层划分对比树立了可靠的标准，并与煤矿及非金属矿产勘探工作紧密结合。致力于地质古生物学史之研究，多次对中国古植物学的历史发展作了回顾、展望和系统总结。推动了中国古植物学全面发展并走向世界。在南京大学等校讲授古植物学课程，又带了多名研究生，为国家培养了大量人才。

长期从事地质古生物工作。尤其以研究古植物与非海相地层见长。对华夏植物群，包括大羽羊齿类植物和东亚晚古生代的煤系研究在国内外

在古植物学研究方面，他的课题涉及自原始的裸蕨类一直到高等的被子植物，领域甚为广泛，而尤其精于古生代和中生代植物群的研究。中国古生物志《华北月门沟群植物化石》是他最有代表性的专著，也是研究东亚华夏植物群的重要文献。该书记述了华夏植物群的化石37属88种，其中的一些新属种被收入国际古植物学会编纂的法文版综合性巨著《古植物学论丛》。书中对瑞典学者哈勒（Halle）关于华夏植物群的经典著作，进行了重要的补充和修正，引起了中国外学术界的重视。在这本书中，李星学首次提出了华北古生代植物组合层序，即将华夏植物群分为早、中、晚三期，并将中期、晚期植物群各自分为A、B两期。这一划分在华北的煤田地质工作中至今仍被广泛引用。此专著曾获中国科学院重大科技成果三等奖。他与叶美娜、周志炎合著的《中国东北吉林蛟河杉松早白垩世晚期植物群》（英文）记述了27属42种植物化石，是一篇关于中国东北白垩纪植物群的力作。在撰写《西藏

他的父亲是医生，对工作要求严格认真，这对他以后刻苦勤奋、严谨治学的作风产生了重要影响。

他的舅父是著名的地质古生物学家朱森，欧美留学回国后在重庆大学地质系任教授，并兼系主任。

李星学先生的一生，为中国及东亚古植物学和地层古生物学的发展做出了卓越贡献，他是我国古植物学的重要奠基人。（中国科学院评）

1992年，被美国植物学会授予通讯会员终身荣誉称号。

1993年，荣获中国古生物学会最高荣誉——尹赞勋基金会的地层古生物学奖。

1994年，被江苏省人民政府聘为南京早期人类文化遗址综合研究专家组组长。

1996年，荣获国际古植物协会颁发的沙尼奖章。