Géographe, économiste et linguiste, il fonde et dirige de 1961 à 1972 le Centre d’études nordiques interdisciplinaire, à l’Université Laval, où se déroule la majeure partie de sa carrière de professeur. Il est recteur de l’Université du Québec à Trois-Rivières de 1978 à 1983 et président de l’ACFAS de 1979 à 1980.
Pionnier d’une pratique scientifique pluridisciplinaire, il s’intéresse aussi bien à la géographie physique (périglaciaire, géomorphologie, l’hydrologie) qu’à la géographie humaine (autochtones, environnement, rang d’habitat). Inventeur du terme « nordicité », il devient l’un des spécialistes mondiaux sur la question. Grand défenseur du droit des Autochtones, il souligne l’importance de la consultation dès les années 1960. Il occupe un poste à l’Assemblée législative des Territoires-du-Nord-Ouest (1971-1975) et participe au comité cri de la Convention de la Baie-James et du Nord québécois (1975).
Son oeuvre, immense, comprend plus de 1300 publications, articles scientifiques et ouvrages. Il est notamment l’auteur de Nordicité canadienne, un ouvrage qui lui vaut le prix du Gouverneur général en 1975. Louis-Edmond Hamelin est également officier de l’Ordre du Canada et Grand officier de l’Ordre national du Québec.