Sungmin nasceu no distrito de Ilsan de Goyang, Gyeonggi. Ele tem um irmão mais novo, Lee Sungjin. O nome do pai é Lee Chunhwa, é CEO de duas empresas: SendBill, que cria softwares e-tax, e Network Mania, uma empresa de análise.
Em 2001, ele entrou para o concurso SM Youth Best Contest (Concurso de melhor juventude da SM) e em conjunto ganhou o primeiro lugar para a melhor aparência com o futuro companheiro de banda Donghae. Juntos, eles assinaram um contrato com a SM Entertainment e receberam formação em canto, dança e atuação.
Sungmin foi colocado em um projeto de grupo R&B junto com Junsu e Eunhyuk futuro companheiro de banda. Em 2002, Juntamente com Typhoon, Rose e Attack, os seis fizeram sua primeira aparição na televisão em um show chamado Heejun vs. Kangta, Battle of the Century: Pop vs Rock. Moon Hee-jun ensinou Typhoon, Rose e Attack rock, enquanto Sungmin, Xiah e Eunhyuk foram ensinados outras técnicas de canto por Kangta. Os seis estagiários se separaram um ano depois, em seguida Typhoon, Rose, e Attack debutaram no TRAX. O trio se separou quando Junsu estreou no DBSK. Em seguida, Sungmin e Eunhyuk se juntaram a outros 10 estagiários para a primeira geração do Super Junior 05.
Em 2005, antes de debutar do Super Junior, ele interpretou o jovem Kang Dongshin em Sisters of the Sea.