Его отец, Меммо ди Филиппуччо, тоже был художником, поэтому азам ремесла Липпо обучался скорее всего в его мастерской. Однако самое большое влияние на его творчество оказал Симоне Мартини, совместно с которым Липпо Мемми, по всей вероятности, работал уже в 1315 году над фреской «Маэста» в сиенской ратуше. В 1324 году Мартини женился на дочери Меммо ди Филиппуччо, и сестре Липпо Мемми, Джованне. Влияние Симоне Мартини проявилось как в станковых работах, так и во фресках. В дальнейшем их творческое взаимодействие обрело зримые формы: над знаменитым «Благовещеньем» (1333, Галерея Уффици, Флоренция) они работали вместе. Липпо, и его брат Тедерико Мемми работали в мастерской Мартини, и вероятно сопровождали его во время поездки в Авиньон.
Первым подписанным и датированным произведением Липпо Мемми является большая фреска «Маэста» (4,35х8,75 м.), написанная им совместно с отцом Мемми ди Филиппуччо в 1317 году в ратуше города Сан Джиминьяно. В общих чертах она повторяет аналогичную фреску Симоне Мартини, созданную двумя годами ранее, включая балдахин, призванный создать иллюзию трехмерного пространства.
Примерно к 1320 году относят другое его произведение «Мадонна Милосердие» (так наз. «Мадонна деи Раккомандати»), написанное Липпо для собора в Орвьето. Картина имеет подпись художника. 1323 годом датируется следующее известное произведение, которое сегодня приписывается кисти Липпо — «Триумф св. Фомы Аквинского», написанное для церкви Санта Катерина в Пизе. Вокруг этой картины, символизирующей, по мнению ученых, несколько запоздалую реакцию доминиканцев на художественные новации, вызревшие в лоне францисканского ордена (Джотто и др.), довольно долго шли споры связанные с авторством. Ранее она приписывалась пизанскому художнику Франческо Траини. Фома Аквинский, известный философ и теолог XIII века, сформулировавший 5 доказательств существования Бога, был в 1323 году канонизирован, и исследователи считают, что большая икона с его изображением была создана в связи с этим событием. Однако не все специалисты разделяют мнение как о дате создания картины так и об авторстве Липпо Мемми. Святой изображен богоподобным мудрецом, чьи идеи влияют на весь мир. Божественный свет, исходящий от него, Богом данные мудрость и сила как бы составляют суть доминиканского духа, который он воплотил в своих богословских произведениях. В верхней части картины изображен Христос, благословляющий происходящее. Ниже его расположены апостол Павел, пророк Моисей и четверо евангелистов. Справа и слева от Фомы Аквинского божественный свет его учения объединяет труды философов древности — Аристотеля и Платона, которые стоят с раскрытыми книгами, а у ног Фомы Аквинского, подавленный светом его мысли, в тяжких раздумьях возлежит мусульманский философ Аверроэс (Ибн Рушд), в спорах с аль-Газали отвергавший религиозную веру как единственный источник истины. Картина прославляет абсолютную ценность учения Фомы Аквинского.
Примерно 1325-30 годами датируется «Мадонна с младенцем», созданная Липпо для базилики Санта Мария деи Серви в Сиене. Ныне эта картина, имеющая подпись художника, хранится в Пинакотеке Сиены. За свою жизнь художник создал множество изображений Мадонны с младенцем. Сегодня они украшают лучшие музеи мира — в Вашингтоне, Берлине, Бостоне, Кливленде, и т. д., однако Мадонна из сиенской Пинакотеки самая нежная и трогательная из них.1333 годом датируется ещё одно подписанное произведение Липпо Мемми — «Благовещенье», написанное совместно с Симоне Мартини для собора в Сиене, и хранящееся в галерее Уффици, Флоренция. Остальные произведения, находящиеся в различных собраниях, приписываются Липпо Мемми по разным стилистическим признакам. Это несколько изображений «Мадонны с младенцем» (Нью-Йорк, музей Метрополитен; Вашингтон, Национальная галерея; Берлин, Государственные музеи; Бостон, Музей изящных искусств), «Иоанн Креститель» (Вашингтон, Национальная галерея), «Св. Петр» (Лувр, Париж), «Св. Павел» (Нью-Йорк, музей Метрополитен), два изображения Марии Магдалины (Москва, ГМИИ им. Пушкина; Авиньон, Пти Пале) и другие произведения.
Самой крупной работой художника сегодня считаются фрески в Колледжата Санта Мария Ассунта в Сан Джиминьяно, которая является главной церковью этого города. Джорджо Вазари, опираясь на данные Гиберти (ок. 1447 года) считал, что эти фрески создал некий Барна да Сиена, погибший во время работы над ними. Однако сегодня очевидно, что оба историка искусства весьма вольно интерпретировали один документ, согласно которому некий Барна действительно разбился в колледжата в 1381 году, упав со строительных помостов. Современные исследователи единодушно считают, что фрески созданы между 1330 и 1350 годами, поскольку архивные документы свидетельствуют, что деньги на украшение были выделены храму в 1333 году; также никто не сомневается, что эти росписи имеют отношение к мастерской Симоне Мартини. Фрески пытались приписать руке Федерико Мемми, брата Липпо, или руке Донато Мартини, брата Симоне Мартини, однако произведения этих художников не сохранились, и сравнить фрески не с чем. Дополнительным свидетельством в пользу авторства Липпо Мемми может служить надпись-граффити на нижнем краю рамы фрески Lippo da Siena pinsi(t) (Липпо из Сиены нарисовал). Фрески представляют собой новозаветный цикл, состоящий из 26 сцен из жизни Христа. Иконографически они являются вариациями самых разных образцов, созданных предшествующими художниками — Дуччо, Джотто, и Пьетро Лоренцетти, а в стилистическом отношении обнаруживают близость к наследию Симоне Мартини, особенно это видно в готизированных S-образных изгибах изящных фигур с удлиненными пропорциями.
1340-и годами датируется несколько приписываемых Липпо произведений, в частности «Распятие» из Лувра, и «Вознесение Марии» из мюнхенской Старой пинакотеки. В 1347 году Липпо Мемми совместно с братом Федерико совершил путешествие в папскую резиденцию в Авиньон, где расписал францисканскую церковь. В ноябре того же года он вернулся в Сиену. Историки искусства считают, что Липпо Мемми продолжал трудиться в Сиене до самой смерти, случившейся предположительно в 1350 году.