李慧1974年11月26日出生在江西永新。两岁时作为随军子女在山西临汾度过两年不平凡的军营生活。四岁随着父亲的转业搬迁至江西吉安，进入父亲所在单位的幼儿园。慧先后毕业于吉安市田侯路小学，吉安市五中和白鹭洲中学（文天祥的母校）。
1992年李慧以数理化全班第一的成绩考入湖南大学电气工程系工业自动化 1 班学习。湖南大学前临湘江，后依麓山，校园环境优美，且传承了岳麓书院浓郁的人文气氛。李慧喜欢这个大学，因为学校宽松的环境让她甩掉了功利型学习带来的无端压力，她可以无拘无束，纯粹为知识而学习。在这里，她开始独立思考问题，主动钻研学业，由此她的学习成绩在92自动化90名学生中一直名列前茅。1996年李慧以优异的成绩大学毕业，获得学士学位。同年，她参加了全国研究生入学考试。虽然她的总分远远超出了录取线，但由于政治单科分数不够，在当时的情况下不能被录用。
大学毕业后，李慧入职西安电子科技大学206教研室，在沈耀忠教授的指导下教授自动控制本科课程。1998年她再次报考研究生，以优异的成绩进入模式识别和智能系统专业学习，师从赵亦工教授。2001年春，李慧以题为“多模版的红外目标识别”的论文获得硕士学位，同时她被杜克大学研究生院录取。
2001年8月李慧开始在杜克大学攻读博士学位，师从Lawrence Carin教授。 在杜克学习期间，李慧于2003 年以论文“Application of Machine Learning Algorithms to Remote Sensing Signal Classification”获得硕士学位，于 2006 年以论文“Planning and Learning in Partially Observable Stochastic Environments”获得博士学位。她读博士期间的研究工作在http://people.ee.duke.edu/~hl1/有更多的描述。
博士毕业后，李慧短暂留校工作了几个月，于2007年开始在 Signal Innovations Group Inc. 从事机器学习方面的研究工作，直至2013年初。几个月后她加盟SAS Institute Inc., 从事机器学习产品管理方面的工作。
2014年2月李慧去德国和瑞士出差，遭受大风雪，引起发烧咳嗽，出差回来后咳嗽时来时去，但始终不能完全消退。家庭医生和SAS的医生都认为是花粉过敏或其它小毛病，给她开了相应药物，自己和家人也没有足够重视。6月份去北京开会前夕,李慧自己向家庭医生要求作一个X光检查，发现右肺有一片阴影。进一步的CT检查认为她患了肺癌，其后在杜克医院所做的病理切片分析确认她患了非小细胞肺癌，具体是EGFR exon 19 deletion，有轻度脑转移。确诊后，先后服用标靶药物 Tarceva® (erlotinib) 和 Tagrisso® (osimertinib)，病情得到有效控制。
2017年 4月李慧去佛罗里达的迪斯尼开会，家人同往。出差期间，自己并替同事们所了多个会议报告，非常疲劳，晚上失眠。开会回来后去医院检查，发现右肺三分之二坍塌。自此直到2018年初，医生没有找到新的有效治疗方案，慧身体慢慢衰弱，2018年2月至4月期间连续两次住进杜克医院。
2018年3月19日李慧在杜克医院接受了基督教洗礼，成为基督教徒。紧接着，李慧的同学并朋友刘德红和齐宇婷夫妇在波士顿帮她找到了新药Xalkori® (crizotinib)。2018年5月初慧开始服用 Xalkori，有效控制了肿瘤。
不到一年后，肿瘤开始对Xalkori产生耐药性。2019年1月10日的 PET CT 检查显示，肿瘤已经扩散至慧的腰骨，肝，和颈部淋巴。1月17日慧由于呼吸困难再次住进杜克医院，2月25日带着氧气瓶出院回家。3月4日她由于血压下降又回到医院。3月7日上午约9:00 开始，医生按照她的要求连续注射止痛和镇静药物，自此慧再没能苏醒过来。
2019年3月8日凌晨约 2:25，慧停止了呼吸。那一时刻，天地在旋转，世界在坍塌。唯一可堪告慰的是：慧已经离开她破碎的身体，去了一个没有痛苦和疾病的新家园。