Bil Wheatley, 31, från Hatfield, Hertfordshire, befanns skyldig till mord i St Albans Crown Court på onsdag.
Alexa-Marie Quinn hade 66 skador inklusive ett blåmärke från magen till vristerna när hon dog förra året.
Wheatley fick veta att han måste avtjäna minst 21 år i fängelse innan han skulle friges.
Han hade fått vårdnaden om Alexa-Marie i december 2013 - tre månader innan han dödade henne.
Han erkände dråp, men juryn avvisade hans vädjan om icke skyldig till mord på grund av minskat ansvar.
Juryn fick höra att Wheatley slog Alexa-Marie med "hård, ihållande, ihållande slag" efter att ha tappat humöret.
Blåsen levererades med sådan kraft att fettavlagringar kom in i hennes blodomlopp och blockerade hennes lungor, och det beskrevs som kulmen på en period av misshandel som varade i flera veckor.
Polisen hittade hennes kropp den 12 mars 2014 och en patolog sa att hon dog av "extrema trubbigt våld trauma".
Juryn fick veta att psykiatriker diagnostiserade Wheatley med flera psykiska sjukdomar.
Åklagare Christopher Donnellan QC sa att Wheatley ringde 999 på morgonen av den dödliga attacken, men när sjukvårdare kom var det förmodligen Alexa-Marie hade varit död i timmar.
Det Ch Insp Jerome Kent sade: "Inget barn bör lida på detta sätt och det är rätt att Carl Wheatley, som är en farlig och våldsam man, befanns skyldig till mord och dömdes därefter."
Adrian Foster, från Crown Prosecution Service, sade: "Utan några ögonvittnen, behövde vi långa och mycket tekniska bevis från toppmedicinska experter för att ge en förklaring till varför denna lilla flicka dog."
Alexa-Marie hade avlägsnats från sin mammas vård några år tidigare och hade bott med fosterföräldrar i Bedfordshire innan hon flyttade in hos sin far.
Hertfordshire County Council sa att det skulle bli en oberoende granskning av alla vårdinrättningar som är inblandade i att ta hand om Alexa-Marie.
Hennes mor gjorde ett uttalande via Hertfordshire Police, där hon inte identifierades, där hon sade: " Jag själv och min familj har blivit djupt traumatiserade av vad Carl Wheatley har gjort.
"Hur någon kan orsaka sådan smärta och lidande för någon så ung och så söt är verkligen bortom mig.
"Hon kommer aldrig att få chansen att göra tusensköna kedjor eller gå på skolbal och vi kommer aldrig att kunna fira lyckliga tillfällen, såsom födelsedagar, jul och mors dag, på grund av vad denne man har gjort."
En man som slog ihjäl sin fyraåriga dotter har fängslats på livstid.