Gyerekként még a mozik környékére sem mehetett, mert jómódú, de szigorú kvéker apja ezt pénzkidobásnak és időpocsékolásnak tartotta. Nem csoda, hogy amikor iskolásként végre kikerült a szülői ellenőrzés alól, minden idejét a helyi filmszínházakban töltötte. A húszas években egy filmstúdióban talált munkát, mindenesként kezdte, s már elismert vágó volt, amikor 1942-ben Noel Coward társrendezőnek hívta maga mellé. A következő évek számos közös sikert hoztak, köztük volt az Egy boldog emberöltő, a Vidám kísértet és a Késői találkozás.

Lean saját stílusát klasszikus regényadaptációkkal alakította ki, a Szép remények, majd Twist Olivér is elnyerte a közönség és a kritika tetszését. Kísérletezett melodrámákkal is, mint például a Madeleine, melyben harmadik felesége, Ann Todd játszotta a főszerepet. (Lean rendkívüli egyedi, karakteres vonásai, kellemes társalgási stílusa és megnyerő modora miatt vonzotta a nőket. Összesen hatszor nősült és ötször vált el, utoljára 82 évesen mondta ki a holtomiglan-holtodiglant.)

Világra szóló kasszasikereit az ötvenes évek végétől rendezte. 1958-ban készült el a Híd a Kwai folyón, amely hét Oscar-díjat söpört be, köztük a legjobb rendezőnek járót, az emlékezetes "füttyös" indulót még ma is dúdolják. Öt évvel később újabb Oscar-esővel jutalmazták talán legjobb alkotását, a húsz hónap alatt forgatott, monumentális Arábiai Lawrence-t, a hét Oscarból egyet, ismétlésként, újra a rendezéséért vehetett át.

1965-ben a Maurice Jarre zenéjével készült Doktor Zsivágót a széles közönségsiker mellett tízszer jelölték a filmvilág legrangosabb kitüntetésére, amiből ötöt meg is kapott. Lean következő szentimentális drámája, a Ryan lánya két Oscar-díja ellenére is langyos fogadtatásban részesült. Az átmenetileg elbizonytalanodott Lean tétova kísérletet tett a Lázadás a Bounty-n megrendezésére, de tervei kudarcba fulladtak.

Dédelgetett álmát csak húsz év múlva, 1984-ben sikerült megvalósítania, amikor hozzákezdett E.M. Forster Út Indiába című regényének megfilmesítéséhez. Saját forgatókönyve alapján dolgozott, sőt a vágás feladatát is magára vállalta, az eredmény 11 Oscar-jelölésből két díj lett.
David Lean 1991. április 16-án rákban meghalt Londonban.

A közismerten mindig a tökéletességre törekvő rendező autokrata magatartása sokszor idegenítette el tőle színészeit és stábját és producereit. Bár filmes megoldásai ma már egy letűnt korhoz tartoznak, filmjei mégis jól tűrik az idő múlását, hatásuk kimutatható az Angol betegben és a Titanicban is. 1999-ben a Brit Filmintézet öt Lean filmet választott az elmúlt évszázad száz legjobb filmje közé, közülük három az első ötben szerepel.