1929年，李可染越級考上西湖國立藝術院研究部研究生。師從林風眠、法籍油畫家克羅多（Andre Claouodot）二位教授，專攻素描和油畫，同時自修國畫，研習美術史論。同年，杭州”一八藝社”成立，李可染加入”一八藝社”，為最早成員。

1931年5月，杭州“一八藝社”在上海舉行習作展，魯迅為展覽寫《一八藝社習作展覽會小引》，可染作品始受注意。

1930年至1932年期間，“一八藝社”成員先後被迫離校，李可染得林風眠先生暗中保護，給予路費資助，離開西湖，回到徐州。1932年，李可染在徐州舉辦第一次個人畫展（主要是油畫），創辦“黑白畫會”。大幅《鍾馗》入選南京第二屆全國美展；同年，在徐州美術專科學校任教。1933年冬，26歲的李可染在徐州舉辦了他的首次個人畫展。

1935年，李可染遊泰山，至北平故宮博物院盡賞歷代名畫。

1937年，李可染入郭沫若主持的政治部第三廳，在武漢等地畫抗日宣傳畫。

1938年，李可染赴武漢，先後在周恩來、郭沫若領導下的部門進行愛國宣傳活動。

1939年，李可染為表達國仇家恨，完成宣傳畫《是誰破壞了你的快樂的家園？》

1940年，李可染住金剛坡下的賴家橋，與理論家蔡儀同室，相互切磋藝事，共同探討新藝術理論。由抗戰宣傳活動轉回中國畫的創作和研究。

1942年，李可染開始水墨寫生，作牛圖，在四川重慶參加當代畫家聯展。同時期，古典寫意人物《屈原》《王羲之》《杜甫》以及山水畫《風雨歸牧》等作品問世。也是李可染山水畫形態古典期（1942-1953）的開始。

1943年，李可染應重慶國立藝專校長陳之佛邀請，任中國畫講師至1946年9月。在此期間，致力於中國畫教學和研究，主攻山水、古典人物、牧牛圖。作《公蔭觀瀑圖》《執扇仕女圖》《擬八大山人》《仿石濤》等畫。1944年，《李可染水墨寫意畫展》在重慶舉辦，徐悲鴻作序，老舍撰寫《看畫》一文，並在文中對李可染的山水畫和水牛圖表示稱讚。

1945，李可染與林風眠、丁衍庸、關良、倪貽德、趙無極等以山水和寫意人物為主，舉辦《現代繪畫聯展》。同年，他在昆明舉辦了《李可染水墨寫意畫展》，也作了《放鶴亭》《棕下老人圖》等畫。

1946年，李可染到北平藝術專科學校任教，翌年春拜齊白石為師，相隨10年。同年又深得黃賓虹積墨法之妙。

1948年，李可染在北平舉行第二次個人畫展。徐悲鴻收藏其《撥阮圖》《懷素書蕉》等寫意人物畫近10幅，藏於徐悲鴻紀念館。

1949年後，李可染當選為中國美術家協會理事。

1979年，李可染當選為中國美術家協會副主席、全國文聯委員，並被任命為中國畫研究院院長。1981年，在任中國畫研究院院長期間，為紀念魯迅誕辰100週年書寫了魯迅聯語，並題“魯迅先生聯語云‘俯首甘為孺子牛’，此語給我啓發教育，吾因此開始畫牛，併名我畫室為‘師牛堂’，今逢魯迅先生誕辰一百年紀念，寫此以志敬仰。一九八一，可染並記”。

李可染以山水畫聞名於藝術界，中國寫意人物畫亦有相當研究，其風格影響了頗多後來者，諸如劉大為、陳玉先、馮遠等人。其山水畫代表作有《灕江勝境》與《萬山紅遍》等。李喜歡畫牛，也是書法家。