2001年4月，与卢庚戌组成“水木年华”组合，从而正式进入演艺圈；9月，随水木年华推出组合首张音乐专辑《一生有你》；10月，歌曲《一生有你》获得“中国歌曲排行榜”第三季度十大金曲奖。

2002年1月25日，随水木年华获得“第8届全球华语音乐榜中榜”神州音乐特别推介奖、最受欢迎新人奖；3月31日，随水木年华获得“第九届上海东方风云榜”最佳新人奖；5月，随水木年华推出组合第二张音乐专辑《青春正传》；之后，李健因与卢庚戌在歌路和音乐理念上有差异，而选择主动退出水木年华。

2003年9月1日，推出首张个人创作专辑《似水流年》，收录了包括《传奇》、《八月照相馆》等在内的10首歌曲，并包揽了整张专辑全部歌曲的作曲和编曲。

2005年3月，推出第二张个人创作专辑《为你而来》，收录了包括《向往》、《你像从前一样》等在内的10首歌曲；同年，举行“为你而来”北京地区高校巡演。

2006年1月11日，获得“第12届全球华语音乐榜中榜”内地最佳创作歌手奖；4月24日，其个人专辑《为你而来》获得“MusicRadio中国TOP排行榜”MusicRadio音乐之声推荐唱片奖；随后，与后弦、钟立风一同出演音乐剧《花开的声音》；10月，推出首张个人精选辑《什刹海》。

2007年4月，推出第三张个人创作专辑《想念你》，收录了包括《风吹麦浪》、《异乡人》等在内的9首歌曲及1首伴奏；随后，担任湖南卫视选秀娱乐节目《快乐男声》北京赛点的评委；5月，担任“全国校园歌手大赛”的评委；同年，举行“想念你”全国十城市高校巡演。

2008年1月23日，凭借歌曲《风吹麦浪》获得“北京流行音乐典礼”年度内地最佳作词奖；4月29日，在北京星光现场举行“李健·完美坚持”演唱会；7月13日，获得“大学生音乐节颁奖典礼”校园原创音乐推动奖；10月，推出首张个人翻唱专辑《寂寞星空·见歌》（又名《遥远的天空底下》），收录了包括《露天电影院》、《矜持》等在内的10首歌曲；此外，他还参加了“许巍·故事·我们”主题摄影展，并拿出了自己的摄影作品《平凡的幸福》。

2009年，担任江苏卫视歌唱选秀节目《绝对唱响》的评委；12月22日，推出第四张个人创作专辑《音乐傲骨》，收录了包括《一往情深的恋人》、《爱的四季》等在内的11首歌曲。

2010年1月9日，在杭州大剧院举办“音乐傲骨”个人演唱会；3月4日，参加CCTV-2脱口秀节目《咏乐汇》的录制；4月24日，获得“Music Radio中国Top排行榜”内地最佳创作歌手奖；5月，推出专辑《音乐傲骨·传奇再献》的珍藏版，并重新录唱歌曲《传奇》；6月，推出个人单曲《好望角》；7月23日，推出第二张个人精选辑《传奇 新歌 精选》；随后，推出个人单曲《徜徉》；9月10日，在北京展览馆举办“传奇”北京演唱会；10月18日，其演唱的歌曲《传奇》获得“第10届CCTV-MTV音乐盛典”年度最受欢迎金曲奖；11月，推出个人单曲《Color Me Love》，并作为电影《爱出色》的主题曲；12月，获得“第八届东南劲爆音乐榜颁奖典礼”劲爆内地最佳唱作歌手奖、劲爆最佳作曲人奖，而歌曲《传奇》则获得劲爆十大金曲奖。

2011年2月2日，参加中央电视台春节联欢晚会，与方大同、萧敬腾组成“新势力歌组合”，并演唱了串烧歌曲《爱爱爱 向往 收藏 我是火焰》；3月18日，获得“第18届东方风云榜”最佳男歌手奖，而歌曲《传奇》则获得十大金曲奖；4月11日，获得“第11届音乐风云榜年度盛典”内地最佳男歌手奖，而专辑《音乐傲骨》则获得内地最佳专辑奖；8月，推出个人单曲《我愿人长久》；12月10日，推出第五张个人创作专辑《依然》，收录了包括《贝加尔湖畔》、《回到从前》等在内的11首歌曲；12月31日，参加中央电视台跨年元旦晚会，并演唱歌曲《心升明月》。

2012年4月23日，获得“MusicRadio中国TOP排行榜”最佳创作歌手奖，而专辑《依然》和歌曲《心升明月》则分别获得年度最佳唱片奖和年度金曲奖 ；6月，获得“南方人物周刊·中国娇子青年领袖颁奖礼”青年领袖奖；8月21日，获得“第11届CCTV-MTV音乐盛典”年度最佳男歌手奖；12月，获得“中国歌曲排行榜”年度最佳内地创作歌手奖、年度最佳专辑制作人奖，而歌曲《心升明月》则获得年度金曲奖。

2013年1月20日，参加黑龙江电视台春节联欢晚会，并与关迟合唱歌曲《松花江》；2月9日，参加中央电视台春节联欢晚会，与孙俪合唱歌曲《风吹麦浪》；8月31日，参加CCTV-1中国青年电视公开课节目《开讲啦》的录制；9月23日，推出第三张个人精选辑《李健拾光》，收录了包括《父亲》、《如果可以》等在内的15首歌曲，整张专辑融合了古典音乐的编配，由40多位古典乐手合作录制。

2014年3月27日，凭借专辑《李健拾光》获得“QQ音乐年度盛典”年度最佳内地男歌手奖、年度最佳改编专辑奖；5月，凭借专辑《李健拾光》入围“第25届台湾金曲奖”最佳专辑制作人奖、最佳国语专辑奖；6月1日，获得“HITO流行音乐奖”HITO内地歌手奖，而专辑《李健拾光》则获得HITO跨界专辑奖；同年，担任CCTV-3全媒体互动音乐真人秀节目《中国正在听》的导师；12月，举行“红牛不插电贵阳专场演唱会”。

2015年，作为补位歌手参加湖南卫视歌唱竞技类节目《我是歌手第三季》，最终获得总决赛亚军；5月，担任优酷视频旅游类节目《电影带你去旅行》的嘉宾主持；8月12日，推出第六张个人创作专辑《李健》，收录了包括《假如爱有天意》、《美若黎明》等在内的10首歌曲；9月，推出个人单曲《等待黎明》，并作为电影《百团大战》的主题曲；同年，举行“看见李健”世界巡回演唱会；12月31日，参加江苏卫视跨年演唱会，并演唱歌曲《深海之寻》。

2016年3月，入围“第20届全球华语榜中榜暨亚洲影响力大典”内地最佳男歌手奖；4月3日，获得“全球流行音乐年度盛典”年度最佳制作人奖，而专辑《李健》和歌曲《美若黎明》则分别获得年度最佳专辑奖和年度二十大金曲奖；随后，推出个人单曲《等我遇见你》，并作为电影《北京遇上西雅图之不二情书》的主题曲；5月，凭借专辑《李健》入围“第27届台湾金曲奖”最佳国语男歌手奖；10月，推出个人单曲《你一言我一语》，并作为电影《一句顶一万句》的主题曲。

2017年2月11日，参加央视元宵晚会，并演唱歌曲《向往》；随后，作为逆战阵容成功参加湖南卫视原创歌手竞赛真人秀节目《歌手》，最终获得总决赛第四名；比赛期间，他还演唱了《Love is over》、《三月的一整月》等亲自填词的歌曲；4月，推出个人单曲《春风十里不如你》，并作为同名电视剧的主题曲；5月，担任芒果TV选秀娱乐节目《快乐男声》的音乐召唤师；9月2日，推出与王南钧、洪雨雷、赵晔、陈玮镔、聚来提合唱的歌曲《完美坚持》；11月17日，为电影《心理罪之城市之光》演唱的主题曲《城市之光》正式上线。

2018年，与赵兆共同担任毛不易首张个人录音室专辑《平凡的一天》的制作人；6月5日，李健2018-2019“不止，是李健”世界巡回演唱会在上海举办发布会；7月，担任浙江卫视歌唱选秀节目《2018中国好声音》的导师；10月，举行“不止，是李健”2018-2019世界巡回演唱会。