李廷机，字尔张，晋江人。被推举进入太学，取得顺天乡试第一名。万历十一年(1583)，又取得会试第一名，以进士第二的身份授职为编修。升任祭酒。先制，祭酒每次视察事务，则由两名学生同举一块牌走在前列，牌上大写着“整齐严肃”四个字。大概是由高皇帝所制，用来警诫儒学之人。李廷机看到它就肃然起敬，所以他在国子监任职时，一概以严格为主。
很久之后，升任南京吏部右侍郎，负责吏部事务。万历二十七年(1599)，主持京察，没有偏私。曾经兼管户部、工部的事务，总揽大事又精细周密。奏请皇帝施行抚恤商旅四件事，商旅的困窘得以缓解。京城外的陵垣，大都得到修缮整治，费用都取自公款的节余钱，没有因此烦扰百姓。皇帝召见并任命他为礼部右侍郎，四次推辞，皇帝都不同意，过了二年他才上任。当时他已经晋升为左侍郎，于是代替郭正域巡视礼部事务。遇上楚王华奎因为郭正域揭发他馈赠礼物的书信，而诬蔑郭正域几件不法的事件。李廷机的意见有些偏袒楚王，因此就稍稍替郭正域解脱。大学士沈一贯想借妖书将郭正域倾覆，李廷机与御史沈裕、同官涂宗浚都署名上奏，催促审定白敫生光的狱案，株连于是终结。万历三十三年(1605)夏季，雷霆震击了郊坛。他既率领同僚条列修缮的事情奏上，又称现在的过失，没有比得了矿税的，应该罢除、撤消。皇帝没有答复。当年冬天，分类奏疏四方的灾难、异变。秦王谊漶由中尉加封，他的庶长子应该授予原来的爵位，他攀附着想分封为郡王，李廷机多次上奏极力坚持不同意。秦王派人从中调和，李廷机坚决拒绝，皇帝却特别颁旨同意。益府的家臣奏请加封，他也坚持不同意。
李廷机遇事有主见，尤其廉洁，皇帝了解他。然而他的性情刻薄，也颇为偏激、刚愎，不存大体。楚王的宗族人华责力因为上奏攻击楚王，抚按官已经准备剥夺爵位，将他囚禁于高墙内，李廷机援引《祖训》中谋害亲王的例子，提议判他死罪。舆论拂扬，政府和吏部对此感到畏惧，不敢提出不同意见，年例考察由此废除。礼部主事聂云翰疏论此事，李廷机观望舆论的意向，纠察聂云翰。给事中袁懋谦弹劾他。李廷机请求隐退，皇帝不允许。
当时内阁只有朱赓一个人。给事中王元翰等人顾虑李廷机入阁辅政，屡次暗中诋毁他。万历三十五年夏季，朝廷推举内阁大臣，李廷机果然参与其中。给事中曹于忭、宁一韩，御史陈宗契不同意。相持了很久，最后条列上奏。皇帝向来看重李廷机，任命他为礼部尚书兼东阁大学士，入阁参与机要事务。李廷机多次推辞后才负责事务。王元翰和给事中胡忻不断攻击他，皇帝剥夺了他们的俸禄，以安慰李廷机。不久，姜士昌、宁焘又因为疏论李廷机被罢黜，群情更加激愤。李廷机极力辩驳，请求罢免，又上奏陈述离职的十条理由，皇帝更加下谕令抚慰。第二年四月，主事郑振先疏论朱赓的十二条罪状，并涉及李廷机。李廷机多次上奏请求退休，闭门数月不出来。舆论怀疑他伪装，数十人交替上奏进行攻击。李廷机不断请求离职，皇帝屡屡颁诏对他进行勉励、挽留，并派鸿胪催他出来任职理事，他坚持卧床不起。在家待命一年，摒绝外界，居住于荒庙之中，朝廷大臣依然有很多议论。到了万历四十年(1612)九月，奏疏已上报了一百二十多次，于是向皇帝告辞，到都城外等待命令。同官叶向高称李廷机已经离去，不可以再做挽留，就加封李廷机为太子太保，赏赐路费，让他乘驿车，由行人司派人护送回乡。在家住了四年去世。赠封少保，谥号文节。
李廷机入阁六年，执政只有九个月，没有大的过失。言官因为他与申时行、沈一贯等人相交甚为密切，所以纷纷弹劾驱逐他。辅臣以倾轧受辱，摒弃数年而后离职，这在以前是没有过的。廷机辅政时，四川巡抚乔璧星锐意讨伐镇雄安尧臣与贵州守将持议不决。廷机力主撤兵，后来终究无事，舆论都赞赏他。福建人自杨荣、陈山入阁后，因为语言难以明白知晓，有二百年再无人进入内阁。这时李廷机与叶向高一同受命为阁臣，其后又有周如磐、张瑞图、林钎、蒋德王景、黄景盼相继入阁参予机务。