巢剌王李元吉小字三胡，是高祖的第四子。高祖起兵西行时，留守于太原，封为姑臧郡公，进封为齐国公，总管河东十五郡诸军事，加官为镇北将军、太原道行军元帅。高祖受禅即位之后，进封为齐王，担任并州总管。
起初，元吉出生时，太穆皇后不喜其貌，不想养他，其侍媪陈善意私自乳养。长大成人之后，为人残忍好兵，居守边郡日久，愈益骄奢淫逸。常令奴仆、诸妾数百人披甲练习交战，相互击刺，以致死伤甚众。后来元吉被刺伤，善意制止他这样胡作非为，元吉发怒，命壮士将她弄死，而私谥她为慈训夫人。
刘武周进犯汾、晋地区，朝廷下诏派遣右卫将军宇文歆协助他防守并州。元吉喜好鹰狗，出城常载猎网满三十余车，并说：“我宁可三天不吃饭，也不能一日不行猎。”夜里潜出府门纵淫于民家，不闭府门。宇文歆多次劝谏，完全不听。宇文歆便上表于高祖说：“齐王多次出城与窦诞肆意游猎，蹂践民田，放纵左右公然劫夺，民间六畜殆尽。常常当道而射，观人避箭以为乐笑。百姓无比怨恨。不可与他共守此城。”有诏书召他还京。元吉暗示父老百姓赴京请留，才得以恢复其职。武周率五千骑兵驻于黄蛇岭，元吉派将军张达率步兵一百人试着与贼寇交战，张达因兵少不愿出战，元吉强使他出战，结果尽没于阵。张达大怒，便引导武周攻陷榆次县城。元吉退保祁县，贼众急攻其城，元吉随即逃回并州，贼寇气势甚张。元吉哄骗司马刘德威说：“您带老弱守城，我率锐士出战击贼。”因而携带妻妾宝物夜出，抛弃军队奔还京师，以致并州失陷。高祖大怒，此后只让他随同秦王征讨，而不再让他独挡一面了。
不久，任职为侍中、襄州道行台尚书令、稷州刺史。秦王围攻东都时，窦建德前来援救，秦王率领精骑迎战，而留元吉与屈突通继续围困东都，世充小看他们，随即出兵进战，元吉设伏劫击，斩首八百级，生擒其战将。东都平定之后，拜为司空，赐予衮冕礼服、鼓吹两部、执剑卫士二十人、黄金二千斤，与太子、秦王各得三炉铸钱自用。累进为司徒，兼领侍中、并州大都督。
当时秦王建有大功，而皇太子不为朝廷内外所瞩目，元吉惟恐不乱，想一起除去两人。于是向太子建成说：“秦王功业日隆，为皇上所爱，殿下虽为太子，其位不安，不早为计，转眼就会受祸，请为殿下杀掉秦王。”太子不忍心，元吉多次劝说不止，太子方才答应。于是邀结宫中妃嫔，厚贿中书令封德彝，让他们游说高祖，以致高祖果然疏远秦王，亲近太子。元吉还藏匿许多亡命壮士，厚赐他们以钱财，使之为己所用。元吉的记室参军荣九思做诗讽喻他说：“用丹青装饰成庆，拿玉帛礼遇专诸。”元吉见后，不悟其意。其典签裴宣俨罢官后，前往侍奉于秦王府，元吉怀疑其事会被泄露，因而毒杀宣俨。从此以后人莫敢言。秦王曾经随同高祖前往元吉宅第，元吉命其护军宇文宝埋伏于寝室之内，准备刺杀秦王，太子坚决制止这样做，元吉发脾气说：“这是为兄考虑，他对我有什么危害呢？”
后逢突厥酋帅郁射设进围乌城，建成推荐元吉领兵北讨，还引荐秦王府骁将秦叔宝、尉迟敬德、程知节、段志玄等多人全都同行，又将秦王府精兵并入其府。高祖知其谋而不能禁制。元吉乘机密请加害秦王，高祖说：“他有平定四海之功，杀他没有理由。”元吉说：“秦王从前平定东都后，顾望而不西还，散发金银丝帛以立私恩，难道不是反状吗？”高祖不予回答。太子便与元吉谋议说：“大军出发时，我与秦王到昆明池宴别，埋伏壮士杀秦王，而以暴逝奏闻，皇上没有不相信的。然后再劝说父皇将帝位让给我，我就封你为皇太弟，而尽杀秦叔宝等人。”率更令王日至暗中将其阴谋告知秦王，秦王召集僚属商议，大家都说：“元吉凶残阴险，使他得志，终究不能侍奉其兄。从前护军薛宝上符录说，‘元吉’二字可合成一个‘唐’字。元吉大喜说：‘只要除去秦王，夺取东宫易如反掌！’制造此乱还未如愿，就已复怀攘夺之心。大王如不早日正定其乱，社稷江山就会非复唐室所有。”秦王由此定计平乱。
元吉死时年龄为二十四岁。其子承业受封为梁郡王，承鸾为渔阳王，承奖为普安王，承裕为江夏王，承度为义阳王，全都连坐诛死。贞观初年，下诏改葬元吉，追封海陵郡王的爵位与谥号。后来又改封为巢王，并将曹王李明过继给他以主持其祭祀。