Рой Лихтенштейн родился в Нью-Йорке в семье среднего класса. До 12 лет обучался в общеобразовательной школе, а после поступил в Манхеттенскую школу Франклина для мальчиков, в которой он и завершил свое среднее образование. Искусство не было включено в учебную программу школы; Лихтенштейн первый стал интересоваться искусством и дизайном, как хобби.
В том же году он переехал в Кливленд, где жил в течение последующих шести лет, иногда возвращаясь в Нью-Йорк. Он менял места работы пока не писал картины, например в отдельные период был помощником декоратора. Стиль его работ в это время менялся от кубизма до экспрессионизма
В 1954 году родился его первый сын, Дэвид. Затем в 1956 году появился второй сын — Митчелл. В 1957 году он переехал обратно в Нью-Йорк и снова начал преподавательскую деятельность.
В 1960 году он начал преподавать в Рутгерском университете, где попал под значительное влияние Аллана Капрова. Это способствовало увеличению его интереса к образам прото поп-арта. В 1961 год Лихтенштейн сделал свои первые работы в стиле поп-арт, используя картинки из комиксов или мультфильмов и технологию пришедшую из промышленной печати.
Первый успех Лихтенштейну принесли его работы на темы комиксов и журнальной графики. Художник выбирал понравившуюся ему картинку, вручную увеличивал её, перерисовывая растр, и выполнял в большом формате, используя трафаретную печать и шелкографию. В самом изображении при этом усиливались черты иронии и сарказма.
В 1989 году картина «Torpedo…Los!» была продана на аукциона Кристис за 5,5 миллионов долларов, что стало рекордом и позволило Лихтенштейну войти в тройку живущих художников с максимальной стоимостью работ.
В 2005 году картина «In the Car» была продана за рекордные 10 миллионов фунтов стерлингов (16,2 миллиона долларов).
Картина 1964 года «Ohhh . . . Alright . . .» была продана в 2010 году на Кристис за 42,6 миллиона долларов (26,7 миллиона фунтов стерлингов) on November 11, 2010.
«I Can See the Whole Room! … and There’s Nobody in It!», написанная в 1961 году продана на Кристис в ноябре 2011 года за 43 миллиона долларов.
9 мая 2012 года на аукцион будет выставлена ещё одна работа Лихтенштейна 1960-х годов — картина «Sleeping Girl». За работу планируется выручить не менее 40 миллионов долларов.