1922年，李德生出生上海，家中排行老二。1929年至1938年，李德生先后入读上海爱华小学、上海东亚中学，并于1939年读入浙江联高。高中毕业后，李德生与好友取道湖南衡阳前去桂林，在湖南衡阳报名由西南联大、中央大学、浙江大学和武汉大学四校联合招生考试。1941年8月，参加完考试后的李德生返回桂林，成为桂林某锡业管理处的实习生，从事油印、清洁等工作。3个月的实习后，1941年11月，李德生从报纸上得知自己被中央大学理学院地质系录取。由于当时中日交战，日本战机将重庆中央大学沙坪坝校区校舍炸毁，校舍需要维修，李德生于当年12月前往重庆中央大学报到。
李德生回忆，当时填报志愿的时均填能源的原因在于自己当时认为工业方可救国，而工业里面最重要的就是能源，煤矿、石油因此都显得十分重要。此外当时盛行的“一滴汽油一滴血”的口号也对李德生选择石油专业的影响很大。在1941年12月，李德生开始了在重庆中央大学的学习生涯，并于1945年6月毕业。据李德生回忆，求学期间，俞建章和李四光给他留下了深刻印象。俞建章是中央大学地质系主任，教学普通地质学。据李德生介绍，俞建章本身研究古生物学因此，对普通地质学很看重，非常敬业。李四光教授李德生地质力学课，在李德生看来，李四光讲课很精彩，条理清晰，理论素养高。也正是在求学期间，1943年，李德生结识了后来的妻子，同样身为中央大学外文系校友的朱琪昌。
1945年6月，玉门油矿矿长严爽来重庆中央大学招人。李德生等三人通过选拔参加玉门油矿工作。李德生回忆，玉门油矿当时隶属甘肃油矿局。李德生于1945年9月10日到玉门油矿报到，担任实习员。1945年10月，翁文波成立野外地质调查队，旨在河西走廊进行重磁力调查工作，李德生作为技术人员随之被招募帮助翁文波做重力解释，协助进行河西走廊普查工作。而这一阶段的工作成为李德生在玉门油矿工作初期的代表。
1946年至1948年，国民党组建重力队和地质队，到台湾进行油矿、气矿考察。李德生作为重力队成员，寻找新的地质构造。李德生回忆，在台三年期间，重力队完成了预定计划，测量地区遍及台湾东部。而后，1949年5月，上海解放，李德生选择留在大陆。赋闲间，李德生跟随翁文波完成江南地区的重磁力勘探，随后于1950年1954在延长油矿工作。1954年10月，李德生调任玉门矿物局任总地质师，负责勘探工作。据李德生回忆，任总地质师时，需要完成两件任务，一是通过调查柴达木盆地、吐鲁番盆地、阿拉善地台及河西走廊，西面从敦煌，东面到潮水盆地，进行整个地区的石油地质普查作长远的规划。第二个任务是勘探组在老君庙油田周围，要找第二个老君庙。1957年鸭儿峡油田的发现成为了李德生此间工作的亮点。
1958年3月，四川发现川中油田。李德生随后被调往四川，并于1958年3月至11月参加川中会战。1959年12月至1963年12月，李德生参加大庆会战，这四年的工作成为李德生一生之中的高光时刻。据李德生回忆，在大庆会战期间，建立了一套油层对比研究的方法，即正旋回对比的方法。当时，李德生担任地质指挥所副指挥，兼油层对比大队队长，专门搞油层对比。李德生与其他成员一起用正旋回的对比方法，划分了萨尔图、葡萄花两套油层，五个油层组，14个砂岩组，45个小层，积累了一套油层对比的方法和分层开发的概念，详细划分了开发层析，充分挖掘了高中低渗透油层的开发潜力，提高了采收率。并提出了20项资料72项数据的技术规程，大大提高了大庆会战地质科学水平。
随后李德生又参加了1964年的山东胜利油田即华北石油会战、1965年至1967年的四川盆地开气找石油会战，均作出了重要贡献。