8 Ağustos 1901'de Güney Dakota Canton'da doğdu. Annesi ve babası Norveç göçmeni Carl Gustavus ve Gunda Lawrence idi. İlk öğrenimini Canton Lisesi'nde, sonra St. Olaf College'de tamamladı. 1919'da Güney Dakota Üniversitesi'nden kimya diploması aldı. Chicago Universitesi'nde bir yıl fizik çalıştı. 1925'te Yale Universitesi'nden doktora derecesi aldı.

Sonraki iki yılında ulusal araştırma üyesi, bir yılında asistan olarak Yale Universitesi'nde çalışmaya devam etti. 1928'de doçent olarak, Berkeley California Üniversitesi'ne atandı. İki yıl sonra Berkeley'in en genç profesörü oldu. Üniversitenin 1936'da ölünceye kadar sürdüreceği radyasyon laboratuvar şefliğine atandı. 2. Dünya Savaşı sırasında atom bombası çalışmalarında birçok görev alarak hayati katkılarda bulundu. Savaş yıllarından sonra 1958'deki Cenova Konferansı'nda Amerika'nın delegesi olarak atom bombası testlerinin durdurulması için antlaşma sağlanmasına çalıştı.

İlk olarak iyonlaşma ve metal buharının iyonlaşma potansiyeli konularında çalıştı. 1929'da düşük voltajlarda nükleer parçacıkları çok yüksek hızlara çıkarabilecek "Egetron"u keşfetti.

Üniversitenin tıbbi fizik laboratuvar şefi olan kardeşi Dr. John Lawrence ile birlikte "Cyclotron" denilen yeni bir parçacık bulundu, tıp ve biyoloji alanlarındaki uygulamalarda kullanıldı. Sonra Columbia Universitesi Kanser Araştırmaları Enstitüsü danışmanı oldu. Lawrence, Cyclotron'un daha büyük ve güçlü modellerini geliştirdi.

1941'de Cyclotron, kozmik parçacık meson'un yapay olarak üretilmesinde kullanıldı. Daha sonra çalışmalarını antiparçacıklar üzerine genişletti. Lawrence iyi bir yazardı. 1924'le 1940 arasında 56 yayıma imza attı. Elektrik yükü boşaltılmasıyla saniyenin milyarda biri zamanı ölçen bir yöntem geliştirdi. Bundan başka evrenin temel sabitlerinden biri olan e/m oranını çok kesin olarak veren bir yöntem buldu. Çalışmalarının çoğunu "The Physical Review" ve "The Proceedings of the National Academy of Sciences" kitaplarında topladı.

Aldığı biçok ödülden bazıları; Franklin Institute'nın "The Elliott Cresson Madalyası" , National Academy of Sciences'ın "The Comstock Prize" ödülü, Royal Society'nin "The Hughes Madalyası", Royal Physical Society'nin "Duddell Madalyası", "Faraday Madalyası", "The Enrico Fermi" ödülü ve 1939 Nobel Fizik Ödülü'dür. Ayrıca "Liyakat madalyası" ile onurlandırıldı. On üç Amerikan ve İngiliz üniversitesinden (Glasgow) onursal doktora aldı. Birçok Amerikan derneğinin ve yabancı derneğin üyesiydi. Lawrence, Mary Kimberly Blumer ile 1932'de evlendi. Altı çocukları oldu. Tekne, tenis, buzpateni ve müzik ilgi alanlarındandı. 27 Ağustos 1958'de Kaliforniya'da öldü.