Avukat Samuel R. Lloyd Jr. ve şarkıcı Ruth Lloyd çiftinin 8 çocuğunun en küçüğü olarak 1938'de Stamford, Connecticut'ta dünyaya geldi. 19 yaşında New York'ta tiyatro eğitimi almaya, sonrasında sahneye çıkmaya başladı. 1969'da ilk kez Broadway'de sahneye çıkma tecrübesini yaşadı. İlk sinema deneyimi ise, Milos Forman'ın bol ödüllü filmi Guguk Kuşu'ydu. Jack Nicholson'ın muhteşem bir performans gösterdiği filmde akıl hastanesindeki sakinlerinden Taber'ı canlandırmıştı. 1978'den 1982'ye dek yayınlanan, Danny DeVito ve Andy Kaufman gibi isimlerin de yer aldığı Taxi adlı komedi dizisinde Peder Iggy Ignatowski karakteriyle 2 kez Komedi Dizisinde En İyi Yardımcı Oyuncu dalında Emmy kazandı.
1985 yapımı Geleceğe Dönüş (Back to the Future) serisinin ilk filmiyle kendisiyle özdeşleşecek Emmett 'Doc' Brown karakterini ilk kez canlandırdı. 1988'de bir başka önemli rolünde, Who Framed Roger Rabbit filminde Yargıç Doom'u canlandırdı. 1989 ve 1990'da Geleceğe Dönüş 2 ve 3 filmlerinde Emmett Brown rolünü tekrar etti. 90'larda Adams Ailesi, Afacan Dennis gibi filmlerde yer aldı. 2000'lerde ise seslendirme rolleri ve televizyon filmleriyle kariyerini sürdürdü.
Ömrü boyunca Catherine Boyd, Kay Tornborg, Carol Ann Vanek ve Jane Walker Wood ile evlenen Lloyd'un tüm evlilikleri boşanmayla sonuçlandı. Lloyd'un çocuğu bulunmamaktadır.
