Родился 10 февраля 1952 г. в Сингапуре. Старший сын первого премьер-министра, "отца-основателя" независимой Республики Сингапур Ли Куан Ю.
С отличием окончил Тринити колледж Кембриджского университета (Великобритания), где изучал математику и получил диплом в области компьютерных наук, а также школу государственного управления им. Джона Ф. Кеннеди Гарвардского университета (США), где получил степень магистра.
С 1971 г. находился на военной службе, прошел курс армейского обучения в колледже командного и штабного состава в Форт-Ливенуорте (США).
В 1984 г. ушел в отставку с поста второго начальника Генерального штаба в звании бригадного генерала.
В 1984 г. баллотировался кандидатом на парламентских выборах и был избран депутатом от Партии народного действия (ПНД), одним из основателей которой в 1954 г. был его отец (партия находится у власти с момента образования независимого Сингапура в 1965 г.).
В 1986 г. вошел в состав Центрального исполнительного комитета партии, затем был избран вторым помощником генерального секретаря ПНД и заместителем председателя исполкома штаба ЦИК ПНД.
В конце 1980-х - начале 1990-х гг. руководил молодежным крылом партии.
С 1984 г. занимал различные министерские посты - был государственным министром обороны (до 1987 г.), министром торговли и промышленности (до 1992 г.), вторым министром обороны (1987-1992 гг.).
В 1990-2004 гг. - заместитель премьер-министра Го Чок Тонга, с 1994 г. курировал министерство промышленности и торговли и оборонное ведомство.
В 1998 г. в период регионального валютно-финансового кризиса Ли Сянь Лун был назначен председателем валютно-финансового управления Сингапура, выполняющего функции центрального банка страны.
В 2001-2007 гг. занимал пост министра финансов. По мнению экспертов, ему удалось справиться с кризисной ситуацией в экономике страны и выработать программу либерализации финансового рынка.
С 2004 г. - генеральный секретарь ПНД.
12 августа 2004 г. - после ухода в отставку премьера Го Чок Тонга, Ли Сянь Лун занял пост премьер-министра. Возглавил также Совет по научным исследованиям, инновациям и предпринимательству.
Женат вторым браком. Супруга - Хо Чин. У него четверо детей (двое от первого брака).