1999年，获得天津世界体操锦标赛外国语大赛天津市第一名，连续三届担任国际少儿文化艺术节开幕式中英文主持。
2001年，获得首届中国青少年新人艺术选拔大赛“通俗组”唱法青年组金奖。
2002年，在全国青年歌手大赛上获通俗唱法优秀奖。
2000年，出演黄建新执导电影《谁说我不在乎》，扮演顾小文。
2001年，获得第21届金鸡奖最佳女配角提名。
2003年，在第四届中国金鹰电视艺术节新秀大赛中，得到最佳新秀奖；获得第4届金鹰新秀大赛新秀与最受媒体关注奖。
2004年，出演电视剧《我的泪珠儿》，扮演“泪珠儿”严安。
2005年，出演电视剧《大浴女》，扮演尹小帆。
2006年，出演由高雄杰执导的喜剧《我不是女生》，获得了第5届广州大学生电影节最受欢迎新人奖。
2009年，李小萌考入中央戏剧学院，出演由王伟执导的话剧《来世许你个今生》，饰演聂小倩，这是她第一次话剧表演。
2011年，出演电视剧《卧底》，同年出演电视剧《离婚前规则》，演绎“嘟嘟妹妹”张小凡。
2012年，参演了由任鸣执导的话剧《第一次的亲密接触》，饰演轻舞飞扬
，并获得了首届北京优秀小剧场剧目展演优秀表演奖以及第三届壹戏剧大赏新锐女演员奖提名。
2012年，出演电影版《金太狼的幸福生活》，饰演一个为爱奋不顾身的东北女孩，同年出演话剧《第一次的亲密接触》。
2013年，出演电视剧《十送红军》，饰演叶小桃。7月，出演电影《201413・爱你一世一生》，10月19日与男演员王雷结婚。
2014年3月，出演改编自路遥的同名小说的电视剧《平凡的世界》。