Родился 2 ноября 1913 года в Нью-Йорке в семье почтового служащего Джеймса Ланкастера. Обладая высоким ростом и недюжинной физической силой, удачно играл в бейсбол. Поступил в колледж, решив стать преподавателем физкультуры, но был отчислен со второго курса, и устроился работать в цирк акробатом.
Цирковая карьера Ланкастера закончилась в 1941 году, когда он сильно повредил правую руку. Поступил контролером в крупный чикагский универсам, затем перешел на работу в нью-йоркское концертное бюро. Будучи призван на фронт после начала второй мировой войны, выступал в эстрадной бригаде, развлекавшей американских солдат в Северной Африке, Италии и Австрии.
После окончания войны случайно познакомился в Нью-Йорке с ассистентом театрального продюсера, которому для бродвейского спектакля «Звуки охоты» нужен был высокий и стройный актёр на роль военного. Хотя пьеса провалилась, кинокритики благожелательно отозвались о дебютанте, и он получил сразу семь предложений сниматься в кино. По совету импрессарио, начинающий актёр решил сыграть полицейского в уголовной драме «Фурия пустыни». Несмотря на то, что роль Ланкастеру не удалась, его заметили другие режиссеры и продюсеры.
В 1946 году сыграл в классическом фильме жанра нуар — «Убийцах» Роберта Сиодмака, за которым последовал снятый в аналогичном стиле «Крест-накрест» (1949) и мелодрама «Извините, ошиблись номером» (1948).
В 1950 году последовала удачная роль «итальянского Робин Гуда» XII века Дардо Бартолли в костюмно-приключенческой картине Жака Турнёра «Огонь и стрела». Цирковое прошлое помогло Ланкастеру исполнить в этой картине ряд головокружительных акробатических трюков.
В 1954 году он неожиданно для многих исполнил роль индейца Массаи в приключенческой картине Роберта Олдрича «Апач». Захватывающая приключенческая история, поставленная по роману Пола И. Уэллмэна «Апач Бронко», насыщенная трюками и погонями, стала одной из первых лент в мировом кинематографе, рассказывающих об угнетении белыми американцами коренного населения Соединенных Штатов.
В 1954 году Ланкастер при участии продюсера Гарольда Хекта (позднее к ним присоединился продюсер Джеймс Хилл) основал собственную студию «Hill-Hecht-Lancaster Productions», приложив тем самым руку к развалу классической студийной системы Голливуда. Основной задачей студии Ланкастера была иллюстрация различных сторон его таланта, и он играл в фильмах всех жанров — от ковбойских вестернов до слезливых мелодрам. Студия просуществовала до 1960 года.
За роль в фильме «Отныне и во веки веков» (1953) Ланкастер был номинирован на «Оскар», и не случайно — сцена, в которой он страстно целует партнершу в волнах набегающего гавайского прибоя, стала одной из самых известных в истории Голливуда и сделала Ланкастера настоящим секс-символом.
Не желая оставаться в плену этого типажа, актёр начинает много работать с европейскими режиссёрами, в особенности Лукино Висконти и Бернардо Бертолуччи. Едва ли не самую яркую свою роль — потомственного сицилийского аристократа по прозвищу «Леопард» — Ланкастер сыграл у Висконти в одноимённом фильме, удостоенном «Золотой пальмовой ветви».
Принял участие в работе над киноэпопеей «Великая Отечественная» в качестве ведущего комментатора.
Заметной работой в кино последних лет стала роль британского полковника Энтони Дарнфорда в историческом боевике Дугласа Хикокса «Рассвет Зулусов» (1979).
Его последняя крупная работа (и номинация на «Оскар») — у Луи Маля в фильме «Атлантик-Сити» (1981).
В 1935 году, в возрасте двадцати двух лет, Ланкастер женился на воздушной гимнастке Джун Эрнст. Впоследствии он говорил, что она была «единственной женщиной в Америке, которой удавались в воздухе горизонтальные трюки». Но восхищение мастерством Джун не помешало их скорому разводу.
В 1943 году, выступая на фронте, он познакомился с Нормой Андерсон, работавшей администратором в другой концертной бригаде. Они поженились в 1947 году, прожили вместе двадцать два года и имели пятерых детей — двух мальчиков и трех девочек.