Lê Văn Thịnh là người làng Đông Cứu, nay là thôn Bảo Tháp, huyện Gia Bình, tỉnh Bắc Ninh. Tương truyền, cha mẹ ông là người nhân từ, thường giúp đỡ tất cả những ai có hoàn cảnh khó khăn, hoạn nạn. Cha ông vừa dạy học vừa bốc thuốc trong làng và ngay từ còn nhỏ, Lê Văn Thịnh đã được cha dạy dỗ cẩn thận.

Lê Văn Thịnh nổi tiếng thông minh, học đâu nhớ đấy và nhớ rất lâu. Ông rất chăm học, thường chong đèn đọc sách đến khuya, mẹ phải giục nhiều lần mới đi ngủ. Nhờ chuyên cần như thế nên năm mười ba tuổi, Lê Văn Thịnh đã nổi tiếng là người thông minh kinh sử, hiểu biết rộng. Mọi người trong vùng và bạn bè gọi ông là thần đồng. Năm Lê Văn Thịnh mười tám tuổi, cả cha lẫn mẹ ông đều qua đời. Ông dời đến sống ở trang Chi Nhị (nay là thôn Chi Nhị, huyện Gia Lương, tỉnh Bắc Ninh) và mở trường dạy học ở đây. Dân trong vùng biết tiếng ông nên cho con theo học rất đông.

Tháng 2 năm Ất Mão (1075), vua Lý Nhân Tông cho mở khoa thi Minh kinh bác học và thi Nho học tam trường [3], Lê Văn Thịnh dự thi và đã đỗ đầu[4].

Ban đầu, ông được vào hầu vua học[5], sau trải thăng chức Nội cấp sự, rồi Thị lang bộ Binh vào năm Bính Thìn (1076)[6].

Sự thay đổi lãnh thổ Việt Nam thời nhà Lý (1009–1225). Kết quả cuộc thương lượng của Lê Văn Thịnh về biên giới Đại Việt-Đại Tống năm 1084ː nhà Tống đổi trả cho nhà Lý 6 huyện thuộc Bảo Lạc và 6 động thuộc Túc Tang; nay là vùng đất các huyện Đồng Văn, Mèo Vạc tỉnh Hà Giang, và Bảo Lạc, Bảo Lâm, Hà Quảng, Nguyên Bình (Tĩnh Túc) của tỉnh Cao Bằng; thay thế cho các động Vật Dương, Vật Ác, Lôi Hỏa mất về Tống mà đã trở thành các châu Quy Hóa, Thuận An nhà Tống.

Tháng 6 năm Giáp Tý (1084), ông được cử đi đến trại Vĩnh Bình (thuộc Cao Bằng ngày nay) để bàn nghị về việc cương giới với Chánh sứ nhà Tống là Thành Trạc. Sau khi đã "phân giải mọi lẽ",[7] nhà Tống chấp thuận trả lại cho Đại Việt (Việt Nam) 6 huyện 3 động[8] thuộc châu Quảng Nguyên (nay là phần đất ở phía Tây Bắc tỉnh Cao Bằng) mà họ đã chiếm trước đây, và cho thông sứ như cũ. Tiếc của, vì nghe đâu nơi ấy có vàng, người Tống có thơ rằng:

Nhân tham Giao Chỉ tượng,Khướt thất Quảng Nguyên kim.Nghĩa là:Vì tham voi Giao Chỉ,Bỏ mất vàng Quảng Nguyên.[9]

Theo sử liệu, thì trong dịp này, Lê Văn Thịnh còn được vua Tống ban chức Long Đồ các Đãi chế[10], và sau đó được vua Lý Nhân Tông cất lên làm Thái sư vào năm Ất Sửu (1085)[8].

Cống hiến cho nhà Lý thêm 10 năm thì xảy ra "vụ án hồ Dâm Đàm" vào năm Ất Hợi (1095). Sau đó (1096), ông bị đày đi Thao Giang (thuộc Tam Nông, Vĩnh Phú ngày nay).

Lê Văn Thịnh mất năm nào không rõ.