阿史那咄六设之子。处罗、颉利可汗在位时，其为夹毕特勤。开皇十九年（599），启民可汗逃奔隋朝，漠北各部拥戴阿史那思摩为东突厥可汗。启民可汗回到东突厥后，阿史那思摩遂又去掉可汗的称号。

武德初年，思摩多次出使唐朝。武德七年（624）八月，颉利可汗与突利可汗率军侵犯唐朝。秦王李世民带兵抵御突厥，并向突厥陈述利弊得失。颉利可汗随后派遣思摩与突利可汗前往会见李世民，请求通和修好，李世民答应其请求，唐高祖招思摩到御榻前，封其为和顺郡王。

贞观四年（630），唐朝派李靖等率军大破突厥。颉利可汗兵败被俘，各部族首领纷纷抛弃颉利可汗投降唐朝，唯独思摩跟随颉利可汗并遭俘获。唐太宗李世民因赏识思摩的忠心，任命他为右武侯大将军、化州都督。同年五月，唐太宗改封思摩为怀化郡王，赐姓李。不久改任北开州都督，统领颉利可汗的旧部，居住在黄河南部地区。

贞观十三年四月，突利可汗之弟结社率众反叛。上书言事者多说突厥留在黄河南岸有诸多不便。同年七月九日，唐太宗诏令思摩为乙弥泥孰俟利可汗，赐给鼓和大旗，率领突厥以及安置在各州的胡族，令其渡过黄河，回到漠南，使他们世代为唐朝的屏障，保卫边塞。阿史那思摩等惧怕薛延陀部，不肯北迁。唐太宗派司农卿郭嗣本赐薛延陀玺书，写道：颉利可汗已然败亡，他们的部落都来归附大唐，朕不计较他们旧的过失，嘉奖后来的善举，待其官员皆如朕手下的百僚，视其部族民众皆如朕之百姓。中原王朝崇尚礼义，不毁灭别人的国家，先前打败突厥，只是因为颉利可汗一人有害于百姓，实在不是贪图其土地，夺其牲畜。想重立一位可汗，所以将投降的突厥各部落安置在河南一带，听任他们畜牧。如今人丁兴旺，户口滋生，朕内心非常高兴。既然已答应另立一可汗，便不能失信。秋天将要派遣突厥渡黄河，恢复其故国。你们薛延陀受册封在前，突厥受册封在后，后者为小，前者为大。你们在漠北，突厥在漠南，各守疆土，镇抚本族各部落。如有越境劫掠，我大唐就要发兵，各问其罪。薛延陀虽然不满，但也不得不接受此诏令。于是，唐太宗命思摩率领所辖部落迁往黄河以北，漠南一带。唐太宗亲临齐政殿为他们饯行，又派礼部尚书、赵郡王李孝恭、鸿胪卿刘善等人携带册封文书，赴其部落聚居地，在黄河边筑祭坛而册立思摩。

贞观十五年，阿史那思摩带领十多万百姓、精兵4万、马匹9万渡过黄河，建牙于旧定襄城（今内蒙古和林格尔），以防卫唐王朝的北部边疆。贞观十七年，阿史那思摩不能服众，属下多有二心，又无法抵御薛延陀的进攻。思摩很是惭愧，要求入朝宿卫，于是改任右武卫将军。后随从唐太宗东征高句丽，被流矢射中，唐太宗亲自替他吮血。不久班师回朝，死于京师，追赠兵部尚书、夏州都督，陪葬昭陵，筑坟像白道山。