李大亮，京兆泾阳县人。曾祖父名琰，北魏时官至度支尚书。李大亮富有文学才气，用兵韬略，隋朝末年，在韩国公庞玉手下任代理行军兵曹。李密进攻洛阳，庞玉吃了败仗，李大亮被俘。李密的部将张弼认为他是个优异人才，同时被俘的一百多人都遭杀害，惟独释放了李大亮，带进军营交谈，于是结为朋友。
高祖李渊进入关中，李大亮主动投奔了唐朝，被任命为土门县令。碰上百姓正闹饥荒，境内盗贼很多。李大亮招集流亡百姓，安抚贫困人家，卖掉自己所骑的马，凑钱资助他们安家，鼓励他们生产自救，当年获得大丰收。抓住时机袭击贼寇，打到哪里，哪里就安定下来。秦王李世民巡视安抚北部边境，写来书信赞扬慰问他，赏给五匹战马，五十段绢帛。后来，大批胡兵侵犯县境，李大亮考虑不能硬打，就单人独骑走进敌人军营，说服敌军主帅，讲明利害得失，胡兵将帅们都感动信服，纷纷归降。李大亮杀掉自己所骑的马，跟他们饮宴，步行回府。
高祖知道后特别高兴，提拔他为金州总管府司马。当时王世充派遣他的侄儿王弘烈占领了襄阳，朝廷命令李大亮安抚樊城、邓城军民，准备夺回襄阳，李大亮挥师进攻，夺取了十多处城池。他改任安州刺史。又命令他去攻占广州的土地，军队进入九江，遇上辅公礻石叛乱，李大亮用计活捉了他的部将张善安。辅公礻石又派兵围攻猷州，猷州刺史左难当据城固守，李大亮率领部队帮助打败了叛军。他改任越州都督。
太宗贞观初年，李大亮改任交州都督，封武阳县男爵号。后来调回朝廷任太府卿，又离京任凉州都督。曾有一位朝廷使者看到一只良种鹰，婉言动员李大亮进献给太宗。李大亮呈递密封奏表给太宗说：“陛下禁止自己打猎已很久了，但朝廷使者替陛下要鹰。如果是陛下的意图，就违背了原来的宗旨；如果是使者的主意，就是使者选派得不恰当。”
太宗给他写回信说：“有你这样的臣子，我还担心什么？古人赞扬语言可贵说是一字千金，现赏赐给你一只胡瓶，虽然没有千金的价值，它可是我自己使用的爱物。”又赐给东汉荀悦的《汉纪》一部，写道“：荀悦说理博大精深，穷尽了治国方略，你应该研读品味。”
突厥灭亡后，太宗于是打算安抚各地边远民族，凡是归降唐朝的，每人发一件袍子、五匹绢帛，首领被任命为将军、中郎将，得到五品以上官职的超过一百人。还把归降的少数民族安置在黄河以南的中原地区。任命李大亮为西北道安抚大使，派他去安抚还没有归附的大度设、拓设、泥熟特勒以及七姓部族，用碛口储备的粮食救济他们。李大亮呈递奏疏说“：我听说要安抚边远民族，一定要先使内地安宁。中原百姓，是国家的根干，边远民族如同枝叶。损伤根干，培补枝叶，却希望安定，还没有过。近来突厥全国出动投奔我朝，陛下又不能押送到长江淮河之间去改变他们的习俗，反而赏赐财物，全都授予官职，安置在内地居住，这哪里是长治久安的办法呢？现在伊吾虽然已经归顺，却在遥远的沙碱地区。我认为对于那些愿意作为大唐属国的部族，应当确立这种隶属关系，让他们居住在北部边境，畏惧大唐的威力，怀念大唐的恩德，永远充当附属大臣。因为是边远民族，所以只让他服从而不收留，这就是给予名义上的恩惠，得到实质上的利益。河西的民众，粮食被征集来防御外族入侵，每个州县凋敝冷落，加上是在隋朝末年的大乱之后，人口财物减少消耗太多。我的想法是停止招收抚慰外族民众，减少劳役负担，使边地百姓从事农业生产，这是朝廷的利益所在。”太宗采纳了他的意见。
贞观八年(634)，任剑南道巡省大使。征讨吐谷浑时，李大亮任河东道行军总管，与大总管李靖从北路进军，途经青海、河源，在蜀浑山和敌军相遇，一场大战，打败了敌军，俘虏了一位著名的王，缴获各种牲畜几万头，进封他为国公爵号。后来被任命为右卫大将军。晋王李治立为太子时，李大亮兼任太子右卫率，还兼任工部尚书，一身兼三职，在皇帝、太子两处值班警卫。李大亮值夜班，经常通宵和衣而睡。太宗曾经慰问他说“：到您值夜班时，我就睡得很香甜。”
贞观十八年(644)，太宗巡视洛阳，命令李大亮当房玄龄的副手留守长安。
房玄龄称赞他“有西汉王陵、周勃的气节，可以委任重大职责”。不久患病卧床不起，太宗亲自为他调配药方，派邮差飞马传送给他。临终前，写奏表请求停止征讨高丽；还说长安是京城，希望记住关中。奏表写成后，叹息说：“我听说男子汉不死在女人的手中。”于是命令人们走开，说完就去世了，享年五十九岁。入殓时，家中没有珍珠玉石让他含在口里，只剩五斛米、三十匹布。太宗哭得很悲痛。
追认他为兵部尚书、秦州都督，谥号为“懿”，安葬在太宗预先为自己营建的昭陵墓地。
李大亮性情忠诚谨慎，外表好像不善言谈，但气质刚正坚贞，不能触犯他的礼仪原则。跟皇帝争论是非，也不迂回屈从。即使是夫人孩子也不曾见他有萎靡懈怠的神色，伺候哥嫂以恭敬闻名。
他地位高名声大，但住宅简陋矮小得很。
在越州撰写书稿几百卷，调离时，留在了越州都督府。当初，打败辅公礻石后，按军功赏赐给他一百名男女奴仆，他说道：“你们都是官绅人家的子女，不幸家破人亡，我怎忍心把你们留下做奴隶呀？”释放了他们。高祖知道后，赞美他，改赐了二十名俚族女仆。后来打败吐谷浑，又赏赐了一百五十名奴婢，他全部送给了亲戚。安葬没有子孙的族人三十多名，丧葬礼仪加倍隆重。
曾因张弼的帮助逃脱了死亡，显贵之后，一心想报答他。当时张弼任将作丞，隐藏着不见李大亮，李大亮找不到他。有一天，在路上认出了张弼，握住他的手哭泣，把全部家产送给他，张弼谢绝不愿接受。李大亮就对太宗陈述说“：我能侍奉陛下，是得亏张弼帮助，请把我的官职爵位全部转送给他。”太宗为此提升张弼为中郎将、代州都督。人们都敬重李大亮不忘报答恩情，赞扬张弼不夸耀自己。李大亮死后，他抚养的亲族孤儿把他当作父亲服丧的有十多人。
他哥哥的儿子李道裕，贞观末年任将作匠。有人告发张亮谋反，太宗命令朝廷官员们发表意见。都说张亮应该处死，只有李道裕一个人说还没有证据。
太宗在气头上没有细想，就杀了张亮。
年底，刑部侍郎空缺，宰相多次推荐人选，都没批准。太宗说：“我有人选了。
这人就是说张亮造反没有证据的李道裕，我当时虽然没有听他，现在还为这事后悔。”于是任命李道裕为刑部侍郎。后来官职做到大理卿。
李大亮有个族间孙儿名迥秀。