Sungmin sinh ra ở quận Ilsan, Goyang, Gyeonggi. Anh có một em trai là Lee Sungjin.[2] Năm 2001, anh tham gia cuộc thi SM Youth Best Contest và đạt giành giải nhất cho Ngoại hình đẹp nhất với bạn cùng nhóm Donghae. Tiếp đó, cả hai gia nhập SM Entertainment và được đào tạo bài bản về thanh nhạc, vũ đạo và diễn xuất.

Năm 2002, Sungmin được đề cử vào dự án R&B với Xiah Junsu và một thành viên Eunhyuk. Cùng với Typhoon, Rose và Attack, sáu người đã xuất hiện lần đầu trên truyền hình trong một show có tên "Heejun vs. Kangta, Battle of the Century: Pop vs. Rock". Moon Hee-jun dạy Typhoon, Rose, và Attack cách hát rock cho đúng trong khi Sungmin, Junsu và Eunhyuk được Kangta dạy cho các kĩ thuật hát khác. Một năm sau, 6 người đã bị tách ra khi Typhoon, Rose, và Attack đã ra mắt trong rockband TRAX còn Xiah thì ra mắt cùng TVXQ. Sungmin và Eunhyuk đã cùng 10 học viên khác thành lập nên nhóm Super Junior 05, thế hệ đầu của ban nhạc dự án Super Junior. Ngay trước khi Super Junior chính thức ra mắt, Sungmin đã xuất hiện trên truyền hình với một vai phụ trong bộ phim Sisters of the Sea (vai Kang Dong-shin thời trẻ) của đài MBC.