童年时，已很有名气，府县为文记事，常让他执笔。明万历十年（1582年），应壬午科乡试，高中第二名举人（即亚元）。万历十四年（1586年），公车赴京，得中进士，授湖广黔阳（今属湖南）知县。父亲李武去世，依例丁忧辞官，三年孝丧服满后先后任山东长清、陕西咸阳（今西安市）知县。升浙江道监察御史，不久任左都御史。当时，皇长子朱常洛已10多岁，按惯例早该册立为太子，但由于其生母王恭妃失宠而受薄遇，立太子的事迟迟未决。万历皇帝宠爱善于媚上的郑贵妃，众朝臣怀疑他欲立郑贵妃所生的三皇子为太子，于是人言啧啧，遂起“争国本”之议。李宗延联合在朝中做官的汝南人李本固、费必兴等上疏谏言：“废长立幼，非太祖法”。言辞过切，万历皇帝震怒，李宗延等几乎遭杀身之祸，多亏众臣全力相救，才得获免，被廷杖后削职归里。罢官后，李宗延居家潜心经史之学，奋力笔耕，编著《十三字经字诂》20卷，《九经正文》10卷，《转注补音》12卷，《汝阳志》4卷，并将所作赋、表、奏疏、纪文、信札等整理编辑结为《相栩轩文集》10卷。泰昌元年（1620年），光宗朱常洛即位，下诏起复因“争国本”遭贬斥的旧臣，李宗延起为太仆少卿。天启元年（1621年），擢升都察院都御史，身居谏职，忠直无忌仍如当年，疏谏多被采纳，升户部尚书。同时赠封其祖父李资、父亲李武同为资德大夫、正治上卿、户部尚书职衔，荫其子李允豫为官生。天启六年（1626年），后金首领努尔哈赤围攻宁远城（今辽宁兴城），边境告急，熹宗皇帝朱由校又擢选他为兵部尚书，继而改任吏部尚书。后年老辞官归里，熹宗御书“秉铨清正”赐作褒奖。下诏沿途各驿站提供夫马粮食，护送回籍。天启七年（1627年）病故。噩耗报入朝廷，熹宗派遣行人张三谟携圣谕到他家吊祭，追赠太子太保，赐茔地祭田，谥号“庄靖”，荫四子李允潢为中书。邑人崇敬他的气节德风，三代均入祀乡贤祠，并建“三世尚书”牌坊，旌表其功名。罢官后，李宗延居家潜心经史之学，奋力笔耕，编著《十三字经字诂》20卷，《九经正文》10卷，《转注补音》12卷，《汝阳志》4卷，并将所作赋、表、奏疏、纪文、信札等整理编辑结为《相栩轩文集》10卷。