Magyar Corvin-lánccal kitüntetett, Abel- és Wolf-díjas, Széchenyi- és Bolyai-nagydíjas, valamint Bolyai János alkotói díjas magyar matematikus, egyetemi tanár, a Magyar Tudományos Akadémia és az amerikai National Academy of Science rendes tagja. A számítógép-tudomány világhírű kutatója. 2006 és 2011 között az Eötvös Loránd Tudományegyetem Matematikai Intézetének igazgatója. 2014 és 2020 között a Magyar Tudományos Akadémia elnöke. 1962-től 1966-ig a budapesti Fazekas Mihály Fővárosi Gyakorló Gimnázium speciális matematika tagozatára járt. Három egymást követő évben lett aranyérmes a Matematikai Diákolimpián. Az Eötvös Loránd Tudományegyetem (ELTE) matematikus szakán 1971-ben szerezte diplomáját.
1975-ig tudományos főmunkatársként dolgozott az ELTE geometria tanszékén. 1975 és 1982 között a József Attila Tudományegyetem geometria tanszékét vezette docensként. 1978-ban megkapta egyetemi tanári kinevezését. 1982-ben visszatért az ELTE-re, majd egy évvel később a Számítógéptudományi Tanszék vezetője lett, szintén egyetemi tanári beosztásban. 2006-tól 2008-ig az ELTE Matematikai Intézetének igazgatója volt. 1987-től a Princetoni Egyetem, illetve 1993 és 1999 között a Yale Egyetem félállású egyetemi tanára. 1972–1973-ban a Vanderbilt Egyetem, 1984–1985-ben pedig a Bonni Egyetem vendégprofesszora volt.
1970-ben védte meg a matematikai tudományok kandidátusi, 1977-ben akadémiai doktori értekezését. Az MTA Matematikai, illetve az Operációkutatási Bizottságának tagja lett. 1979-ben megválasztották a Magyar Tudományos Akadémia levelező, 1985-ben rendes tagjává. 2008-ban az MTA elnökségi tagjává is megválasztották. 1987 és 1994 között a Nemzetközi Matematikai Unió (IMU) Végrehajtó Bizottságának választott tagja volt. 1981-ben a párizsi Európai Tudományos és Művészeti Akadémia, 1991-ben a londoni Európai Akadémia, 2007-ben a Svéd Királyi Akadémia is felvette tagjai sorába.
1981-ben Erdős Pállal és Babai Lászlóval létrehozta a Combinatorica című folyóiratot. 1985-ben Babai Lászlóval létrehozta a Budapest Semesters in Mathematicsot, és a bonni egyetem John von Neumann-professzorává nevezte ki. 1999 és 2006 között a Microsoft tudományos kutatója volt. Két alkalommal a Mindentudás Egyeteme előadója volt. 2004-től 2006-ig az Abel-díj öttagú bírálóbizottságának tagjaként is működött. 2007-től a Nemzetközi Matematikai Unió (IMU) Végrehajtó Bizottságának elnöke. Ez a megbízatása 2010-ig szólt. 2014-ben a Magyar Tudományos Akadémia 185. közgyűlése 6 évre Lovászt választotta meg elnökének. A Norvég Tudományos Akadémia 2021. március 17-én Avi Wigdersonnal, a princetoni Fejlett Tanulmányok Intézete munkatársával megosztva Lovász Lászlónak ítélte a matematikusok Nobel-díjaként jegyzett Abel-díjat. Elsősorban kombinatorikával és számítógéptudománnyal foglalkozik. Számos eredménye közül kiemelkedik a gyenge perfektgráf-sejtés igazolása, a Kneser-gráfokra vonatkozó sejtés bizonyítása. Több mint kétszázötven tudományos publikáció és kilenc könyv szerzője vagy társszerzője.