Lý Lưu là người Đê (có thuyết nói là người Tung), tổ tịch ở huyện Đãng Cừ thuộc quận Ba Tây (nay là Cừ, Cam Túc), thời Tào Ngụy, tổ tiên của Lý Lưu đã di cư đến Lược Dương (nay là Tần An, Cam Túc). Thời niên thiếu, Lý Lưu được đánh giá là người hiếu học, giỏi cưỡi ngựa và bắn cung, vì thế được Đông Khương Hiệu úy Hà Phàn (何攀) đánh giá cao, được tiến cử làm Đông Khương đốc.

Năm 298, do Tề Vạn Niên (齊萬年) nổi dậy và vùng Quan Trung xảy ra nạn đói, nhân dân sáu quận tại Tần Châu và Ung Châu tiến về phía nam đến hai châu Ích và Lương để mưu sinh. Anh em Lý Đặc và Lý Lưu cũng cùng đi với dân chúng.