郦道元出生于北魏时期的官宦世家，他的父亲郦范年少有为，在太武帝时期，给事东宫，后来以他优秀的战略眼光成为一个优秀的军师，曾经做过平东将军和青州刺史。郦道元也先后在平城（北魏首都，今山西省大同市）和洛阳担任过骑都尉，御史中尉和北中郎将等中央官史，并且多次出任地方官。
郦道元前半生，北魏正是鼎盛时期，公元439年，北魏太武帝统一北方之后，经过献文，文成等诸多帝王的励精图治，至后来的北魏孝文帝的积极改革，北魏国力日渐强盛。郦道元也跟随孝文帝等人致力于统一大愿的实现。郦道元一生勤于读书和著述。《魏书》卷八十九说：“道元好学，历览奇书。撰注《水经》四十卷，《本志》十三篇，又为《七聘》及诸文，皆行于世。”但除《水经注》外，其余著作都已亡佚。
郦道元从少年时代起就有志于地理学的研究。他喜欢游览祖国的河流、山川，尤其喜欢研究各地的水文地理、自然风貌。他充分利用在各地做官的机会进行实地考察，足迹遍及今河北、河南、山东、山西、安徽、江苏、内蒙等广大地区，调查当地的地理、历史和风土人情等，掌握了大量的第一手资料。每到一个地方，他都要游览名胜古迹、山川河流，悉心勘察水流地势，并访问当地长者，了解古今水道的变迁情况及河流的渊源所在、流经地区等。同时，他还利用业余时间阅读了大量古代地理学著作，如《山海经》《禹贡》《禹本纪》《周礼职方》《汉书·地理志》《水经》等，积累了丰富的地理学知识，为他的地理学研究和著述打下了基础。
通过把自己看到的地理现象同古代地理著作进行对照、比较，郦道元发现其中很多地理环境随着时间的流逝发生了很大变化，如果不及时把这些地理现象的变迁记录下来，后人就更难以弄明白历史上的地理变化。因此，应该对此时的地理情况进行详细的考察，同时查阅古代文献，与古代的地理学著作相印证，将地理面貌的历史变迁尽可能详细、准确地记载下来。为此，郦道元决定以《水经》为蓝本，以作注的形式写一本完整的地理学著作。
《水经》一书写于三国时期，是一部专门研究河流水道的书籍，共记述全国主要河流137条。原文1.5万字，文字相当简略，没有把水道的来龙去脉和详细情况说清楚。郦道元认为，应该在对现有地理情况的考察的基础上，印证古籍，然后把经常变化的地理面貌尽量详细、准确地记载下来。在这种思想指导下，郦道元决心为《水经》作注。
作为一位杰出的地理学家，郦道元在《水经注》的序言中对前代的著名地理著作进行了许多点评。秦朝以前，我国已有许多地理类书籍，但当时国家不统一，生产力水平不发达，人们对地理的概念还比较模糊，这些作品中普遍存在的问题就是在传说的基础上进行虚构，如《山海经》《穆天子传》《禹贡》等。郦道元坚决反对“虚构地理学”，他在《水经注》序言中提出了自己的研究和工作方法，那就是重视野外考察的重要性。
《水经注》一书中记载了郦道元在野外考察中取得的大量成果，这表明他为了获得真实的地理信息，到过许多地方考察，足迹踏遍长城以南、秦岭以东的中原大地，积累了大量的实践经验和地理资料。《水经》记录河流137条，而《水经注》则记录河流1252条。《水经》只有1.5万字，而《水经注》竟达30万字！
郦道元在实地调查中原地形的同时，又广泛搜求南方的地理著作，进行对比研究，得出自己的结论。例如江南会稽郡的诸暨县，有五泄瀑布，景色壮丽，向来不为世人所知。郦道元在《水经注》里面首次记载了五泄飞瀑壮观的气势：“浙江又东，合浦阳江，江水导源乌伤县，东经诸暨县，与泄溪合。溪广数丈，中道有两高山夹溪，造云壁立，凡有五泄：下泄悬三十余丈，广十丈；中三泄不可得至，登他山远望，乃得见之，悬百余丈，水势高急，声震林外；上泄悬二百余丈，望若云垂。此是瀑布，土人号为泄也。”从此，世人方知五泄的山水景观。
郦道元生活在南北朝时期，北方为北魏、北齐、北周政权，南方先后为刘宋、南齐、南梁、南陈政权。郦道元虽然只是活动在北魏统治的地区之内，但他的著作并没有受政权和地域的限制，他的视野远远地超出了北魏政权统治的范围，反映了他盼望祖国早日实现统一的心情。在《水经注》中，郦道元所记述的内容包括了全国各地的地理情况，还记述了一些国外的地理情况，其涉及地域东北至朝鲜的坝水（今大同江），南到扶南（今越南和柬埔寨），西南到印度新头河（今印度河），西至安息（今伊朗）、西海（今苏联咸海），北到流沙（今蒙古沙漠）。可以说，《水经注》是北魏以前中国及其周围地区的地理学的总结。
郦道元在写《水经注》时，突破了《水经》只记河流的局限。他以河流为纲，详细地记述了河流流经区域的地理情况，包括山脉、土地、物产、城市的位置和沿革、村落的兴衰、水利工程、历史遗迹等古今情况，并且具有明确的地理方位和距离的观念。像这样写作严谨、内容丰富的地理著作，在当时的中国，以至世界上都是无与伦比的。
从《水经注》中我们可以看到，郦道元以其饱满的笔触，为我们展现了一千四百年前中国的地理面貌，使人们读后可以对各地的地理状态及其历史变迁有较清晰的了解。例如从关于北京地区的描述中，我们可以知道当时北京城的城址、近郊的历史遗迹、河流以及湖泊的分布等，还可以了解到北京地区人们早期进行的一些大规模改变自然环境的活动，像拦河堰的修筑、天然河流的导引和人工渠道的开凿等。这是我们现在所能得到的关于北京地区最早的地理资料，也是我们研究北京地区历史地理变迁的一个重要依据。这些资料对于我们今天仍然是非常有用的。
《水经注》不仅是一部具有重大科学价值的地理巨著，而且也是一部颇具特色的山水游记。郦道元以饱满的热情，浑厚的文笔，精美的语言，形象、生动地描述了祖国的壮丽山川，表现了他对祖国的热爱和赞美。郦道元一生著述很多，除《水经注》外，还有《本志》十三篇以及《七聘》等著作，但是，流传下来只有《水经注》一种。
在孝文帝死后，北魏从公元500年开始，国内矛盾又开始高涨起来，逐渐走下坡路，至公元527年，六镇叛乱，四方揭竿而起。郦道元在做官期间，“执法清刻”，“素有严猛之称”，颇遭豪强和皇族忌恨。北魏孝昌三年（公元527年），在郦道元奉命赴任关右大使的路上，雍州刺史萧宝夤受汝南王元悦怂恿派人把郦道元一行围困在阴盘驿亭（在今陕西省临潼县东）。亭在冈上，没有水吃，凿井十几丈，仍不得水，最后力尽。于是，贼人翻墙而入将郦道元和他的弟弟郦道峻以及两个儿子杀害。在国家正值多事之秋的时候，郦道元慷慨殉国。长空孤雁鸣，秦山鸟悲歌，在流星闪过之时，一代英豪就此陨落。
