Es llicencià el 1951 i l’any 1962 es doctorà a la Universitat de Pittsburgh. Posteriorment treballà durant dues dècades a la Stony Brook University de Nova York. Des de l’any 1985 treballà a la Universitat d’Illinois, a Urbana, on fou professor de la facultat de medicina i del departament de química, i director del centre de recerca en imatge per ressonància. Lauterbur inicià la seva recerca a partir de la constatació que l’aplicació d’un camp magnètic fa que els nuclis atòmics girin amb una freqüència dependent de la intensitat del camp magnètic. L’energia es veu incrementada si aquests nuclis absorbeixen ones de ràdio amb la mateixa freqüència, fenomen conegut com ressonància; quan els nuclis tornen al seu nivell d’energia, emeten les ones de ràdio anteriorment absorbides. El 1973, mitjançant la introducció de gradients en el camp magnètic, Lauterbur aconseguí la creació d’imatges bidimensionals d’estructures que no poden ésser visualitzades per altres mètodes. Publicà un centenar d’articles científics sobre diversos aspectes de la ressonància magnètica i rebé nombrosos guardons científics, com ara el premi Lasker a la investigació clínica i el premi de l’Acadèmia Nacional de Ciències dels Estats Units. Actualment la ressonància magnètica nuclear permet l’estudi d’estructures anatòmiques sense l’ús de radiacions ionitzants com els raigs X i sense necessitat de l’administració de contrastos radiològics; a més, és la millor prova per a l’estudi del sistema nerviós central. No es pot aplicar en els pacients que duen metall magnètic dins del cos, com pot ésser un marcapassos cardíac, ja que es produeix una interferència que fa inútil la ressonància. Posteriorment, es dedicà a l’estudi dels processos químics en l’origen de la vida. El 2003 rebé el premi Nobel de medicina i fisiologia, conjuntament amb Paul C.Mansfield.