曾祖:李粲,官至左监门大将军,封应国公。祖父:李宽,官至太常寺卿,封陇西郡公。父亲:李道广,官至殿中监、同平章事,封金城县侯。兄长:李元综,官至屯田郎中、荆州长史。兄长:李元绎,官至都水使者。兄弟:李元缄,官至郓州刺史。儿子:李有季、李有容、李有功。
唐中宗年间,太平公主倚仗权势,强夺佛寺碾硙,被告到雍州府衙。李元纮时任雍州司户,将碾硙判还佛寺。雍州长史窦怀贞畏惧太平公主,命李元纮改判。李元纮道:“终南山或许可以移动,但此案判决绝对不能更改。”后以“南山铁案”称已经判定、不可改变的案件。
早年经历李元纮年轻时谨慎笃厚,初授泾州司兵参军,后历任雍州司户参军、好畤县令、润州司马。他政绩突出,颇有声誉。累职升迁开元年间,李元纮担任万年县令。他征发赋役,以公允著称,被擢升为京兆尹,并主持疏通三辅境内河渠。当时,王公贵戚都在渠岸建立碾硙,使渠水不能流入下游民田。李元纮命吏卒将其拆毁,使民田得到灌溉,深受百姓称颂。此后,他又历任工部、兵部、吏部三部侍郎。开元十三年(725年),户部侍郎杨玚、白知慎因失职被贬为刺史,唐玄宗让公卿大臣推荐可以接掌户部的官员。百官大都推举李元纮,唐玄宗便欲任命他为户部尚书,却因他资历浅薄,受到宰相的劝阻,只得授他为中大夫、户部侍郎。他上疏朝廷,陈奏时政得失,受到唐玄宗的表彰。