Després d’estudiar música privadament, el 1849 ingressà al Conservatori de París. Allà fou alumne de F. Benoist (orgue), F. Bazin (harmonia) i F. Halévy (composició), i tingué com a companys G. Bizet i C. Saint-Saëns. Per problemes econòmics, el 1854 hagué de deixar els estudis al conservatori per dedicar-se a impartir classes i fer de pianista acompanyant. El primer èxit com a compositor li arribà el 1857 en un concurs organitzat per J. Offenbach. Es presentà amb l’opereta Le docteur Miracle i compartí el premi ex aequo amb G. Bizet. No fou, però, fins a les estrenes l’any 1872 a Brussel·les, i posteriorment a París, de Les cent vierges i La fille de Madame Angot -aquesta darrera la seva obra més important- que esdevingué un dels més importants compositors d’opereta del moment. El 1910 fou nomenat cavaller de la Legió d’Honor. A diferència d’altres compositors com Offenbach, Lecocq mantingué l’estil de l’opereta dins l’esperit de l'opéra-comique del segle XVIII.