李小冉主演的电视剧如下：
2000年，与吴若甫搭档主演了古装武侠剧《浪迹天涯》。
2001年，与邵峰、卓凡合作拍摄的古装剧《皇宫宝贝》播出。
2002年10月，主演由北京紫禁城影业有限责任公司出品的武侠剧《金蚕丝雨》，在剧中扮演女主角独孤凤。
2003年5月30日，主演的古装剧《刺虎》播出。
2004年，与张智霖、钟汉良搭档主演古装武侠剧《逆水寒》，在剧中扮演毁诺城城主息红泪。
2005年9月，主演电视剧《金茂祥》，在剧中扮演开朗大方的女主角徐小曼。
2007年4月，主演都市爱情剧《为爱结婚》，在剧中饰演胡子冲的爱人陆弥。
2008年8月25日，主演的年代剧《凤穿牡丹》播出，李小冉凭借该剧获得南方电视台“2008南方盛典颁奖礼”年度最佳女主角。
2009年4月15日，主演的《军医》播出；11月，主演年代剧《故梦》，在剧中扮演陆天恩的第三任妻子汪莲君。
2010年主演的民国剧《来不及说我爱你》播出。
2011年4月，主演了情感剧《春暖花开》，在剧中饰演做事认真讲原则的叶晓薇；与林好等主演电视剧《富滇风云》饰演杨映真；12月，主演的都市爱情剧《多多的婚事》播出。
2013年5月，主演年代剧《莲花》；7月31日，与马苏、刘涛共同主演的都市情感剧《今夜天使降临》播出，在剧中饰演产科医生林婷。
2014年2月，与王志文共同主演了家庭剧《大丈夫》，在剧中饰演时尚杂志社副总编顾晓_，并凭借该剧获得第20届上海电视节白玉兰奖最佳女演员提名。
2015年8月，与王耀庆搭档主演了年代剧《毕业歌》；12月，与杜淳共同主演了都市情感剧《老婆大人是80后》。
2016年，在《麻雀》中饰演沈秋霞。
2017年2月24日，与张嘉益共同主演都市家庭剧《美好生活》，在剧中饰演杂志社编辑梁晓慧。
2018年5月，与吴奇隆联合主演时装剧《月嫂先生》，在剧中饰演外表干练飒爽、公私分明的地产公司副总那娜。
2019年4月14日，主演的时装剧《因法之名》播出，在剧中饰演个性正直的检察官邹雄之女邹桐；10月23日，主演的悬疑刑侦剧《时空来电》播出，在剧中饰演何君。
2021年11月3日，主演的《三体》电视剧发布全球首个预告片。
2022年1月18日，与钟汉良主演的当代都市剧《今生有你》播出；3月，与李乃文主演的当代都市剧《我们的日子》开机，在剧中饰演刘淑霞；6月7日，与靳东主演的都市情感轻喜剧《林深见鹿》播出，在剧中饰演独立清醒的现代女性简艾。