2009年，李成烈参加Woolliment征选考核通过，成为了infinite一员。同年，李成烈还客串出演了电视剧《花样男子》、《一起恰恰恰》、《做得好做得妙》 。
2010年，李成烈参演了EpikHigh《RUN》MV饰演鼓手。4月12日，他以INFINITE组合通过偶像人间剧场Mnet《infinite你是我的哥哥》首次登场 。6月9日，推出了第一张专辑《FirstInvasion》正式出道 。
2011年，李成烈参演了个人首部电视剧《你睡着的时候》饰演尹小俊 。同年，他担任了MBC《音乐中心》特别MC与KBS《KissTheRadio》的特别DJ 。11月19日，他还发行首支日文单曲《BTD》，在日本出道 。
2013年6月11日，李成烈成为了SBS《金炳万的丛林法则》第三季参与成员 。同期，李成烈还在数字手机短剧《恋爱潜能纯情时代》首次担任了男主角 。8月9日，infinite开始了为期4个月的世界巡回演唱会 。
2014年1月16日，INFINITE在第28届金唱片颁奖典礼获得了唱片本赏。2月28日，与金明洙、李成钟组成了infinite的第二个子团infinite-f，在infinite世巡安可场公布了首支歌曲《心跳》 。5月21日，infinite发行了第二张正规专辑《Season2》，其中收录了infinite-F单曲《要疯了》 。凭借《Season2》infinite获得了唱片销量榜周榜冠军 。7月11日，他与南优铉、金赛纶、罗海灵合作主演的KBS青少年电视剧《HighSchool:LoveOn》开播，他则在该片饰演了双主角之一的黄成烈 。12月1日，infinite-F还发行了首张单曲专辑《青》 。
2015年9月18日，李成烈与金英光、郑素敏、金晶和合作主演的jTBC电视剧《D-Day》开播，他则在该片饰演安大吉 。
2021年3月31日，离开Woollim娱乐公司。
