李孝貞少好學,能屬文。仕齊起家為司徒府參軍,簡靜不妄通賓客。與從兄儀曹郎中李騷、太子舍人李季節、博陵崔子武、范陽盧詢祖有著深厚的友誼。後以射策甲科拜給事中。當時黃門侍郎高乾掌權,向李孝貞求婚李氏女。孝貞拒之,由是有隙,陰譖之,出為太尉府外兵參軍。後歷中書舍人、博陵太守、司州別駕,復兼散騎常侍、聘周使副,還除給事黃門侍郎。
周武帝滅北齊,入周授儀同三司、少典祀下大夫。周宣帝即位,轉吏部下大夫。楊堅為丞相,尉遲迥作亂相州,孝貞從韋孝寬擊之,以功授上儀同三司。開皇初,拜馮翊太守。因為名犯廟諱,於是稱字(即改稱李元操)。後數歲,遷蒙州刺史,吏民安之。自此不復留意於文筆。人問其故,概然嘆曰:“五十之年,倏焉而過。鬢垂素髮,筋力巳衰宦意、文情,一時盡矣。悲夫”!每暇日,輒引賓客弦歌對酒,終日為歡。征拜內史侍郎,與內史李德林參典文翰。然孝貞無乾劇之用,頗稱不理。隋文帝譴怒之,敕御史彈劾,由是出為金州刺史。卒於官。孝貞著有文集二十卷,《隋書本傳》行於世。有子賓王、遵王、讓王、師王、來王、野王、允王。
孝貞弟孝威,亦有雅望,大業中,官至大理少卿。