李延年歌的故事主要與李延年及漢武帝的三位女兒有關。具體來說，李延年因犯罪被關進牢獄，其妹妹被召進入宮之後，李延年為其妹妹唱歌，其中就有《李延年歌》。該歌情感真摯，漢武帝為之感動。後來，漢武帝命令人到後宮傳達此歌，歌聲一落，李夫人的兒子被立為太子。不久之後，漢武帝最寵愛的李夫人因病去世，在挑選太子中立的皇后時，有太子的師傅平陽侯等人極力推舉李夫人之妹。然而漢武帝對李夫人的美麗十分懷念，心中想念不已，遂覺得後宮眾宮人都比不上李夫人，最後竟冊立李夫人為後。最終，李延年為漢家宮廷歌工做出卓越貢獻的同時，自己也因為此歌獲得了名垂千史的機會。