李炳寰自小即學英語,較早接觸
西學。時湖南巡撫
陳寶箴創辦時務學堂,
梁啓超為中文總教習,先後錄取學生總數僅有兩百名左右,卻培養出了一批傑出的人才,其中大多集中於第一班的四十人中。李炳寰以
第一名成績考入湖南時務學堂一期(
蔡鍔第二名),與蔡鍔、
楊樹達、
范源濂及同鄉
田邦璇等同學,參與湘省維新事業。
1898年秋,政變發生,新政陸續停辦,李炳寰離開時務學堂。1899年夏,他與唐才質、
林圭、
田邦璇等分批到達日本跟隨
梁啓超遊學。1900年6月,李炳寰回到
長沙,入
黃忠浩所部威字營當兵。這時,
林圭正在漢口協助唐才質組織
自立軍。他辭去黃軍營差,參加
自立軍。光緒二十六年(1900) 自立軍準備在
武昌起義,因整機泄露案發。慈利縣人
田邦璇(後軍統領)、李炳寰(中軍副統領)、汪楚珍(中軍糧台)等殉難,並株連親屬
李樹芳、李術寰、
吳恭亨等入獄。湖南時務學堂的李炳寰、唐才質、
林圭、
田邦璇、
蔡仲浩英勇就義,李年僅23歲。李炳寰就義後,其父
李樹芳遭株連,11月中旬被清廷殺害。