Li iniciou sua carreira docente em 2005 na Universidade de Illinois em Urbana-Champaign , onde foi professora de engenharia da computação e elétrica e membro efetivo do corpo docente dos grupos de trabalho de IA do Instituto Beckman da universidade.
Em 2006, Li percebeu que o rápido crescimento dos dados de imagens online poderia oferecer oportunidades para desenvolver modelos e algoritmos mais avançados e confiáveis para organizar, indexar, recuperar e interagir com dados visuais e multimídia. Em 2007, Li ingressou no corpo docente de ciência da computação da Universidade de Princeton.
Li nasceu filha de Kuang Ying, uma professora do ensino médio, e Li Sun, um funcionário do departamento de informática de uma fábrica de produtos químicos. Ela foi criada em Chengdu, na província de Sichuan. Quando criança, Li se destacou na escola e teve um desempenho melhor do que os meninos de suas turmas, o que os professores consideravam inadequado. Quando Li tinha 12 anos, seu pai emigrou para os Estados Unidos. Para garantir que Li tivesse acesso a melhores oportunidades educacionais e para escapar da instabilidade política na China , ela e sua mãe emigraram para se juntar ao pai de Li em 1992, quando Li tinha 16 anos. A família morou em um apartamento de um quarto em Parsippany, Nova Jersey , e reconstruiu suas vidas.
Li iniciou seus estudos de doutorado em 2000 no Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech) , onde trabalhou em projetos nas áreas de ciência da computação , engenharia elétrica e neurociência cognitiva . Em 2005, ela recebeu seu doutorado em engenharia elétrica . Durante seus estudos, Li desempenhou um papel fundamental no avanço do "aprendizado com um único exemplo" (one-shot learning), um método aplicado em visão computacional e processamento de linguagem natural que permite à IA gerar previsões com dados limitados.