李家益出生于1918年，安徽省金寨县人，出生于一个贫苦的农民家庭。土地革命时期，李家益的家乡建立了苏维埃政府，受革命思想影响，1929年，年仅11岁的李家益投身革命，参加了家乡的童子团，主要为工农革命队伍站岗、放哨、传递情报。
1931年，13岁的李家益响应当地苏维埃政府的号召，报名参加了红军。参加红军后，他被编入了红4军第11师，成为一名勤务员，不久后，李家益加入了共青团，并跟随红四方面军参加了鄂豫皖根据地的反“围剿”作战。
尤其是在鄂豫皖根据地的第四次反“围剿”期间，红四方面军正在包围麻城，李家益率领的连队跟随红11师行动，他指挥全连迅速抢占了制高点，并且打退了敌人10多次进攻。不久后，在兄弟部队的支援下，李家益率部全歼敌人，并且俘虏了敌军2000余人，取得大捷。
1932年10月，红四方面军离开鄂豫皖根据地，李家益也随部转战川陕一带，参加了川陕根据地的建设。期间，他在川陕苏区积极扩红，引导身边的进步青年投身工农革命队伍，同时，李家益也率部参加了反“三路围攻”以及反“六路围攻”等作战，并在1935年5月参加了长征。
红四方面军的长征格外艰苦，因为张国焘的影响，红四方面军三过雪山与草地，历经千难万险才到达甘肃。长征结束后，李家益所在的部队被编入西路军，李家益也跟随西路军渡过黄河，进入河西走廊作战。
然而，在河西走廊作战期间，西路军因为对敌情预估不足等种种原因战败，李家益不仅弹尽粮绝，而且还身受重伤。即便如此，李家益也没有动摇自己的革命信念，他靠着沿途乞讨，经过一年多时间的长途跋涉后终于到达了陕北，回到了组织的怀抱。
回到陕北后，李家益进入了抗日军政大学第三分校学习，毕业后他留校担任了军事教员。1942年，为了加强陕甘宁边区的力量，李家益被调到了晋绥联防军司令部，担任第1科科长。不久后，他又被调到了八路军129师385旅，担任了第5团参谋长、385旅副参谋长、385旅参谋长等职务。
任职期间，李家益多次率部打退日本侵略者对黄河河防的进攻，同时他也率部参加了延安的大生产运动，圆满完成了保卫陕甘宁边区的重任。抗日战争胜利后，李家益响应号召，率领100多名骨干前往山东。到山东之后，他率部参加了鲁南战役，基本上歼灭了敌军在鲁南地区的主要势力。
鲁南战役之后，华东野战军成立，李家益担任了华东野战军第三纵队第七师参谋长等职务，率部参加了莱芜战役、洛阳战役、淮海战役等华东战场的主要战役，圆满完成了组织分配的各项战斗任务，为解放事业立下了卓越的功勋。
新中国成立后，李家益担任了25军参谋长、24军副军长兼参谋长等职务。1955年，李家益被授予少将军衔，成为开国少将。授衔之后，他前往北京军区工作，担任了北京军区副参谋长。在授衔后10年，也就是1965年，李家益担任了北京卫戍区司令员，负责守卫京畿重地。后续李家益又担任了装甲兵第一副司令员等职务，于1974年因病去世，享年56岁。
