일제 강점기에 전북 군산의 시골에서 태어나, 초등학교 과정을 일본어 교과서로 마쳐야 했다. 1945년 해방 후 이리여고에서 공부하고, 서울대학교 의과대학을 졸업한 후 미국 뉴욕의 메리 이머큘리트 병원(Mary Immaculate Hospital)과 퀸스 종합 병원(Queen’s Hospital Center)에서 수련의 과정을 마치고 일본 니혼대학(日本大學)에서 의학박사 학위를 받았다.

1958년 ‘이길여 산부인과’를 개원했고 1978년 국내 여의사로는 처음으로 의료법인을 설립했다. 의료보험제도가 없던 시절 ‘보증금 없는 병원’을 써 붙이는 등 병원 문턱을 낮추고 무의촌과 낙도를 대상으로 무료 진료에 앞장섰다. 의료 취약지인 백령도와 철원, 양평에서 적자를 감수하며 의료 수혜의 폭을 넓히는 데 헌신했으며, 그 공로를 인정받아 2003년 민간인으로서는 최고인 국민훈장 무궁화장을 받았다.

인재 양성을 위해 1998년 가천의과학대학교를 설립했으며, 경원대학교를 인수했다. 2012년에는 4개 대학을 통합해 학생 수 기준으로 수도권 사립 3위 규모인 ‘가천대학교’를 출범시켰다. 사재를 포함해 1천 6백억여 원을 들여 뇌과학연구소와 이길여 암ㆍ당뇨연구원을 설립하는 등 기초 의과학 발전에 심혈을 기울여 2009년 정부로부터 최고 등급의 과학기술훈장을 받았다.

한국여자의사회 회장, UN 여성대회 정부 대표, 서울대 의대 동창회장, 의사협회 100주년 위원회 위원장 등을 역임했으며, 2022년 현재 가천대학교 총장으로 재직 중이며 가천의대 길병원, 가천문화재단, 가천박물관, 새생명찾아주기운동본부, 가천미추홀봉사단, 경인일보에 이르기까지, 의료ㆍ교육ㆍ문화ㆍ봉사ㆍ언론 분야를 아우르는 국내 최대의 공익재단인 ‘가천길재단’을 이끌고 있다.