Ông Lê Đình Thọ sinh ngày 16/3/1963, quê Thanh Hóa. Ông có bằng cử nhân chính trị, thạc sỹ chuyên ngành cầu đường.
Ông Thọ từng giữ chức Giám đốc Sở Giao thông vận tải Thanh Hóa, Trưởng ban Quản lý dự án Cảng Nghi Sơn, Phó Chủ tịch thường trực UBND tỉnh Thanh Hóa, Tổng cục trưởng Tổng cục Đường bộ Việt Nam.
Năm 2013, tại Quyết định số 812/QĐ-TTg, ông Lê Đình Thọ đã được Thủ tướng Chính phủ bổ nhiệm làm Thứ trưởng Bộ Giao thông vận tải.
Tháng 5/2018, ông tiếp tục được Thủ tướng Chính phủ bổ nhiệm lại giữ chức Thứ trưởng Bộ Giao thông Vận tải.