1982年，李建义毕业之后就进入了国家话剧院。
1984年，主演故事片《二零八客机》。
1989年，在剧情电影《天涯怪客》中饰演男主角路不平。
1994年，出演电视剧《三国演义》并担任该剧的主要配音员。
1995年，因参演话剧《伐子都》而被人们所关注。使李建义的演艺生涯步入高峰期。1999年，主演历史故事片《我的1919》。
2003年，在主演古装剧《少年天子》中饰演吴良辅，他凭借精彩演绎获得了第14届北京影视春燕奖最佳男配角奖。
2008年，主演由王剑男执导的两幕喜剧《物理学家》。
2011年，主演现代剧《你是我的幸福》。
2013年，主演谍战剧《零下三十八度》并在剧中与于和伟饰演父子。
2014年，在古装爱情剧《错点鸳鸯》中饰演奸商苏光平。
2016年，加盟国内反腐第一大剧《人民的名义》，饰演省检察院检察长季昌明。
2017年，参演谍战剧《天衣无缝》。
2018年3月27日，三国题材权谋古装剧《三国机密之潜龙在渊》在腾讯视频上线，李建义在剧中饰演贴身宦官张宇，对刘协有着一片赤胆忠心。