หลี่เกิดในครอบครัวชาวฮกเกี้ยนในนครชินจิกุ (หรือนครซินจู๋ในปัจจุบัน) ทางตอนเหนือของเกาะไต้หวันซึ่งในขณะนั้นยังอยู่ภายใต้การปกครองของญี่ปุ่น หลี ยฺเหวี่ยนเจ๋อเป็นบุตรของนายหลี่ เจ๋อฟาน จิตรกรชาวไต้หวัน และนางไช่ เผย์ (蔡配; Cài Péi) ครูประถมศึกษาจากเมืองโกเซโก (ญี่ปุ่น: 梧棲港街; โรมาจิ: Goseikō-kai) จังหวัดไทจู (ปัจจุบันคือเขตอู๋ชีของนครไถจง)[1][3][4] ต้นตระกูลของหลี่สืบเชื้อสายมาจากชาวฮกเกี้ยนในนครหนานอัน มณฑลฝูเจี้ยนในจีนแผ่นดินใหญ่[6] ขณะเข้าเรียนประถมศึกษาที่โรงเรียนประถมศึกษาซินจู๋หลี่เป็นตัวแทนเบสบอลและเทเบิลเทนนิสของโรงเรียน หลี่เข้าศึกษาระดับมัธยมปลายที่โรงเรียนมัธยมปลายซินจู๋ ซึ่งเขาเล่นเทนนิส ทรอมโบน และฟลูต

หลี ยฺเหวี่ยนเจ๋อเข้าเรียนระดับปริญญาตรีที่มหาวิทยาลัยแห่งชาติไต้หวันโดยไม่ต้องสอบเข้า และสำเร็จการศึกษาวิทยาศาสตรบัณฑิตใน ค.ศ. 1959[1][3] สำเร็จการศึกษาวิทยาศาสตรมหาบัณฑิตจากมหาวิทยาลัยแห่งชาติชิงหฺวาใน ค.ศ. 1961 และสำเร็จการศึกษาปรัชญาดุษฎีบัณฑิตจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เบิร์กลีย์ ใน ค.ศ. 1965 โดยมีที่ปรึกษาได้แก่บรูซ เอช. มาฮัน[1][3] เขาดำรงตำแหน่งในคณะกรรมการเคมีสากลตั้งแต่ ค.ศ. 1977 จนถึง ค.ศ. 1984[4]