李处耘，潞州上党人。其父李肇，在后唐任职，历任军校，官至检校司徒。跟从后唐皇帝讨伐王都于定州，遇到契丹来援，后唐军队失利，李肇拼力作战而死。后晋末年，处耘还年轻，跟随其兄处畴到京城，正遇张彦泽破关而入，放纵士卒剽劫抢掠。处耘还未成年，一个人保卫里门，射杀十几个士卒，其他的士卒不敢进攻。到天黑后，士卒们撤退了。到天明后又来进攻，处耘又射杀几人。战斗难解难分。有些亲兵，听说他有难前来解救，于是得以释难，里中人都得益于他。
后汉初期，折从阮任府州地方长官，把处耘召至门下，委任他处理军务。从阮后来历任邓、滑、陕、..四州节度，处耘都跟着他。在新平时，折从阮的外甥到朝廷诬告处耘有罪，周祖听信了，把他贬为宜禄镇将。从阮上表为他雪冤，诏令让他重新隶属从阮军中。
显德年间，从阮临终上表称赞处耘可用，恰遇李继勋镇守河阳，诏令任命他为属官。继勋开始时对他不很有礼，有一次继勋举行宴射，处耘接连四发中的，继勋大为奇异，立即下令升堂礼拜他的母亲，慢慢地委任他处理一些郡务，让他掌管黄河渡口。处耘对继勋说“：这个渡口来往的人中恐怕有奸细，不可不察啊。”几个月后，果然捉到契丹间谍，搜索他后，发现有写给西川、江南的蜡书，继勋就派处耘把间谍押送到朝廷。
宋太祖当时率领殿前亲军，继勋被罢任节度后，世宗让处耘隶属太祖军中补任都押衙。太祖出征时，军队驻扎在陈桥，处耘看到军中图谋推戴太祖，于是告诉太宗，与王彦升谋划，召来马仁蠫、李汉超等人议定后，才进去告诉太祖，太祖拒绝此议。不久诸军喧哗起来，到驿门，太祖不能拒绝。处耘临机决事，谋划无不合宜，太祖嘉奖他，授任他为客省使兼枢密承旨、右卫将军。
跟从太祖平定泽、潞二州，升任羽林大将军、宣徽北院使。讨伐李重进时，任行营兵马都监。平定李重进之乱后，任命处耘知扬州。大战之后，扬州境内凋敝，处耘勤于绥抚，上奏减免城中居民房屋税，百姓都感激而服从政令。建隆三年(962)，诏令他回到京城，老百姓遮阻道路哭泣，几天不能出发。任命为宣徽南院使兼枢密副使，赐给他住宅一栋。
朗州军队作乱，诏令慕容延钊率领军队前去讨伐，任命处耘为都监。入宫辞别皇帝时，太祖亲自传授方略，命令他们在汉江会兵。在此之前，朝廷派遣内酒坊副使卢怀忠出使荆南，侦察形势强弱。卢怀忠回朝后，向太祖备说荆南可以攻取的形势，太祖于是命令处耘谋划这件事。处耘到襄州，先派遣门合门使丁德裕借道荆南，请荆人送柴禾及水给军队，荆人以百姓恐惧为由而辞，只愿在百里外供给粮草。处耘又派德裕劝谕荆人，荆人于是听从命令。处耘于是下令军中说“：入江陵城后有不走指定的道路及擅自闯入民宅者斩。”
军队驻扎在荆门，高继冲派遣他的叔叔高保寅及军校梁延嗣带着牛和酒前去犒劳处耘的军队，并且侦察形势。处耘厚礼接待他们，命令他们第二天先回去。延嗣非常高兴，派人向继冲报告说没有危险。荆门离江陵一百多里，这天晚上，召保寅等人在延钊帐中宴饮。处耘秘密派遣数千精锐骑兵快速前进。继冲正等着保寅、延嗣回来，突然听见大部队到来，立即出门迎接，在江陵北边十五里处遇到处耘。处耘接待继冲，命令他等待延钊，于是率领亲兵先进城登上城北门。到继冲回来后，军队已经分别占据城中，荆人束手听命。立即调发江陵士卒一万多人，合并到军队里，深夜赶赴朗州。又先派遣别将分领士卒及江陵兵赶赴岳州，在三江口大败贼军，俘获敌船七百多艘，斩敌四千多人。又在澧江遇到贼帅张从富，打败了贼军。追逐到敖山砦，敌人丢弃营寨，俘获很多敌人。处耘放出俘获的几十个肥胖的敌兵，让部下分得吃下去，又刺刻年轻健壮敌兵的脸，命令他们先到朗州。天黑后，住在营寨中，第二天天亮，延钊的大部队到来。被刺面的敌兵先进城说，被俘的人被大军吃掉了，朗人非常害怕，放火烧城后溃逃。朗军元帅周保权年纪还小，被大将汪端劫走藏在江南营寨的寺庙中。处耘派部下将领田守奇率领军队渡江俘获了他们。于是进入潭州，尽得荆湖之地。
当初，军队到襄州，街面上卖饼的人越来越少，卖饼给军人时加倍收费。处耘捉到为首的二人送到延钊那里，延钊怒而不管，往返三四次，处耘于是下令在街上杀掉他们示众。延钊属下的小校司义住在荆州客将王氏家里，借酒行凶，王氏告到处耘那里，处耘把司义召来加以斥责，司义又到延钊那里诬陷处耘。到白湖时，处耘看见士兵进入民房，过了一会儿，民房中人大呼求救，派人捕捉他们，竟是延钊的养马卒，于是鞭打他们的背部，延钊发怒杀死了他们。从此两人非常不和，更是互相上奏指责。朝廷因为延钊是宿旧大将赦免他的过错，把处耘贬为淄州刺史。处耘害怕，不敢辩明自己。在淄州任官几年，乾德四年(966)去世，终年四十七岁。朝廷停朝，致哀，追赠宣德军节度、检校太傅，在洛阳偏桥村赐给葬地。
处耘为人处事有度量，善于谈论当世之务，平常以建立功名为己任，荆湖战役时，处耘以皇帝亲近大臣的身份监护军队，自认受太祖恩遇，心里想着报答，所以处理事情专断，不顾忌别人的意见，于是受到贬官的待遇，后来太祖常常悼念他。开宝年间，太祖替太宗娶处耘的第二个女儿为妃子，就是明德皇后。
儿子名继隆、继和，各自有传，继恂，官至洛苑使、顺州刺史，追赠左神武大将军。继恂的儿子昭逊，任供备库使。处畴，官至作坊使，儿子名继凝。