Ông tham gia nghệ thuật từ khi còn nhỏ từng làm đội trưởng Đội thiếu nhi toàn thị trấn, tham gia Đội tuyên truyền xung phong tỉnh Lào Cai, Tiểu đoàn biên phòng tỉnh, làm văn thư, liên lạc của tiểu đoàn bộ.[3]

Tháng 9 năm 1948, cùng với Nguyễn Thụ, Bùi Đình Hạc, Lê Đăng Thực được học văn hóa tại trường Trung học Hùng Vương, Phú Thọ, một trong những trường đứng đầu về đào tạo cán bộ cho sự nghiệp kháng chiến của Việt Nam.[4][5] Năm 1953, chủ tịch Hồ Chí Minh ký "Sắc lệnh thành lập doanh nghiệp quốc gia chiếu bóng và chụp ảnh Việt nam", Lê Đăng Thực trúng tuyển và trở thành trợ lý quay phim cho các đoàn đoàn phim tài liệu Ba Lan, Liên Xô - trong đó có đoàn của Roman Karmen.[4]

tháng 8 năm 1955, khi ông được cử sang Liên Xô học về điện ảnh tại Học viện Điện ảnh Quốc gia toàn Liên bang (VGIK), do đạo diễn do Lev Kuleshov làm chủ nhiệm lớp. Năm 1962, Lê Đăng Thực về nước và được biên chế làm đạo diễn phim truyện tại Xưởng phim truyện Việt Nam.[4] Nhưng sự nghiệp của ông không được thành công, ông chuyển sang nghiên cứu, giảng dạy và dịch thuật. Lê Đăng Thực từng giảng dạy tại Trường Điện ảnh Việt Nam là giáo viên chủ nhiệm của Minh Châu, Thanh Quý, Diệu Thuần, Bùi Cường. Ông sau này là hiệu trưởng thứ hai của trường Đại học Sân khấu - Điện ảnh Hà Nội.[1][6]

Năm 1997, ông được phong tặng danh hiệu Nhà giáo Nhân Dân.[7]

Cuối tháng 11/2015, các học trò của NGND Lê Đăng Thực đã quyết định tổ chức lễ mừng thọ cho ông. Khoảng 250 nghệ sĩ điện ảnh từ khắp nơi trên đất nước về dự lễ mừng thọ thầy tại Trung tâm Chiếu phim Quốc gia, Hà Nội.

Ông mất vào trưa ngày 20 tháng 4 năm 2016, vì ung thư tuyến tụy, chỉ vài tiếng trước khi được vinh danh tại giải Cánh Diều 2015.[8]