李家益出生于1918年，安徽省金寨縣人，出生于一個貧苦的農民家庭。土地革命時期，李家益的家鄉建立了蘇維埃政府，受革命思想影響，1929年，年僅11歲的李家益投身革命，參加了家鄉的童子團，主要為工農革命隊伍站崗、放哨、傳遞情報。

1931年，13歲的李家益響應當地蘇維埃政府的號召，報名參加了紅軍。參加紅軍后，他被編入了紅4軍第11師，成為一名勤務員，不久后，李家益加入了共青團，并跟隨紅四方面軍參加了鄂豫皖根據地的反“圍剿”作戰。

尤其是在鄂豫皖根據地的第四次反“圍剿”期間，紅四方面軍正在包圍麻城，李家益率領的連隊跟隨紅11師行動，他指揮全連迅速搶占了制高點，并且打退了敵人10多次進攻。不久后，在兄弟部隊的支援下，李家益率部全殲敵人，并且俘虜了敵軍2000余人，取得大捷。

1932年10月，紅四方面軍離開鄂豫皖根據地，李家益也隨部轉戰川陜一帶，參加了川陜根據地的建設。期間，他在川陜蘇區積極擴紅，引導身邊的進步青年投身工農革命隊伍，同時，李家益也率部參加了反“三路圍攻”以及反“六路圍攻”等作戰，并在1935年5月參加了長征。

紅四方面軍的長征格外艱苦，因為張國燾的影響，紅四方面軍三過雪山與草地，歷經千難萬險才到達甘肅。長征結束后，李家益所在的部隊被編入西路軍，李家益也跟隨西路軍渡過黃河，進入河西走廊作戰。

然而，在河西走廊作戰期間，西路軍因為對敵情預估不足等種種原因戰敗，李家益不僅彈盡糧絕，而且還身受重傷。即便如此，李家益也沒有動搖自己的革命信念，他靠著沿途乞討，經過一年多時間的長途跋涉后終于到達了陜北，回到了組織的懷抱。

回到陜北后，李家益進入了抗日軍政大學第三分校學習，畢業后他留校擔任了軍事教員。1942年，為了加強陜甘寧邊區的力量，李家益被調到了晉綏聯防軍司令部，擔任第1科科長。不久后，他又被調到了八路軍129師385旅，擔任了第5團參謀長、385旅副參謀長、385旅參謀長等職務。

任職期間，李家益多次率部打退日本侵略者對黃河河防的進攻，同時他也率部參加了延安的大生產運動，圓滿完成了保衛陜甘寧邊區的重任。抗日戰爭勝利后，李家益響應號召，率領100多名骨干前往山東。到山東之后，他率部參加了魯南戰役，基本上殲滅了敵軍在魯南地區的主要勢力。

魯南戰役之后，華東野戰軍成立，李家益擔任了華東野戰軍第三縱隊第七師參謀長等職務，率部參加了萊蕪戰役、洛陽戰役、淮海戰役等華東戰場的主要戰役，圓滿完成了組織分配的各項戰斗任務，為解放事業立下了卓越的功勛。

新中國成立后，李家益擔任了25軍參謀長、24軍副軍長兼參謀長等職務。1955年，李家益被授予少將軍銜，成為開國少將。授銜之后，他前往北京軍區工作，擔任了北京軍區副參謀長。在授銜后10年，也就是1965年，李家益擔任了北京衛戍區司令員，負責守衛京畿重地。后續李家益又擔任了裝甲兵第一副司令員等職務，于1974年因病去世，享年56歲。