李元明1918年9月出生在湖南石门县。1934年加入共青团，在地方做宣传工作。1935年参加红军，编入红六军团，先当排长，不久升连长，同年转入中国共产党。部队长征期间，他随队从湘鄂川黔出发，翻雪山过草地，1936年到达陕北。
抗日战争爆发后，他在一二〇师三五九旅七一八团任连长。后来调到山西忻崞地区，担任游击大队大队长，配合主力收复晋西北七座县城，参加上细腰涧、下细腰涧等战斗。回到旅部后，历任教导营队长、七一九团副营长、营长，还参加了南泥湾屯田开荒。
1944年随南下支队向湘粤边挺进，任独立团参谋长。日本投降后部队北返中原，他任鄂北军分区副团长。1946年中原突围后，转到吕梁地区，先后担任军分区参谋长、晋绥军区第八军分区四十九团团长。
1948年晋中战役中，他率四十九团歼灭国民党军第七十师大部，并击毙其师长，受到通令表扬。之后任晋中军区第二纵队独立第五旅参谋长，参加太原战役。1949年部队整编，任第一野战军第七军二十一师参谋长，参加陕南陇南作战和修建天兰铁路。
新中国成立后，李元明调任炮兵第三十一师副师长。1951年入朝作战，参加抗美援朝战争第五次战役。1953年回国后升任炮兵师师长。1954年进入解放军高级炮兵学校学习，毕业后调东北军区炮兵机关，先任参谋长，不久升任副司令员。
1955年全军统一授衔时，他已担任沈阳军区炮兵副司令员，职务属于副军级，结果却授予大校军衔。同一领导班子中，司令、政委、政治部主任都是少将，只有他是大校。苏联顾问注意到后，直接问他为什么会出现这种情况。
他当时回答，中国评定军衔的办法跟苏联不一样。事后他明确表示自己有看法，指出有些同志资历跟他接近，却授了将军，自己为什么不行。从1935年参军算起，他军龄已经二十年，解放前担任师参谋长，按条件应该达到少将标准。
有些抗战后期入伍的干部，解放战争中职务升到正军级，虽然缺少土地革命时期的战斗经历，也授予少将。他觉得自己参军更早，经历长征、南泥湾、中原突围、晋中战役等多场作战，战绩积累更多，却只授大校。
授衔主要依据是1952年全军干部评级。那一年他还是副师级，建国后职务晋升较快，现任副军职时间短，所以评定为大校。评级重点看解放前的原级别、军龄、职务和贡献，现职不是主要参考因素。
尽管授衔结果如此，他继续在炮兵系统工作，没有影响正常履职。1956年起任沈阳军区炮兵参谋长，后来升任副司令员。1963年从解放军高等军事学院基本系毕业，仍留在炮兵领导岗位。
1964年中央军委对部分大校进行军衔调整，他由大校晋升为少将。之后历任炮兵副参谋长、参谋长。1969年至1978年担任炮兵参谋长，1980年至1982年任炮兵顾问。
1988年他获得一级红星功勋荣誉章。1999年10月24日在北京逝世，享年81岁。一生从红军战士到炮兵高级指挥员，经历完整，贡献在炮兵建设中留存下来。