Autodidacte, als disset anys es professionalitzà. El 1934 s’establí a Chicago, on tocà sobretot en programes radiofònics i en orquestres de ball en un estil influït pel country i Django Reinhardt. El 1936 publicà el seu primer disc, i el 1938 passà a Nova York. Als anys quaranta tocà en una emissora de l’exèrcit nord-americà i acompanyà Bing Crosby, Nat King Cole i altres músics i cantants de jazz famosos i el 1945 enregistrà “It’s Been a Long, Long Time”, el seu èxit més gran.
Gravà molts discs en trio i també amb la seva dona, la cantant Mary Ford. La seva gran flexibilitat li permeté interpretar en estils diversos, des del jazz fins al pop. Paral·lelament a la carrera com a guitarrista, des dels anys trenta experimentà amb l’electrificació de la guitarra, i el 1940 quasi morí electrocutat en una prova. El 1941 presentà un model de guitarra elèctrica de cos compacte, amb el qual eliminava les distorsions de la caixa de ressonància, que patentà i que el 1951 comercialitzà la marca Gibson, instrument cabdal en el desenvolupament del rock and roll, i que posteriorment perfeccionà.
Des dels anys seixanta abandonà la interpretació quasi totalment, tot i guanyar el 1978 un Grammy amb el disc Chester & Lester, un duo amb el guitarrista Chet Atkins, Fou també un pioner de les mescles de so, de l’enregistrament multipista i d’altres tècniques d’estudi, i el 2001 obtingué un altre Grammy a les innovacions tècniques. El 2007 fou guardonat amb la Medalla Presidencial de la Llibertat.