Roy Lichtenstein wurde am 27. Oktober 1923 in New York City, USA geboren. Lichtenstein besuchte eine Privatschule, die allerdings keinen Kunstunterricht anbot. Stattdessen begann er aus eigenem Interesse als Jugendlicher zu zeichnen und zu malen. Dabei war Jazzmusik und Jazzmusiker seine Inspiration, die er oftmals in Portraitform verewigte. Oft besuchte er Konzerte in Harlem.
1939 besuchte er die Art Students League und belegte dort einige Kurse. Dort zeichnete er sowohl Modelle als auch Straßenszenen New Yorks. Abstrakte Kunst lehnte er dabei ab. 1940 beendete Lichtenstein schließlich die Highschool und studierte Kunst an der Ohio State University. Auf drängen seines Vaters beendete er hier sein Lehrdiplom.
Während des zweiten Weltkrieges unterbrach Lichtenstein sein Studium und schloss sich 1943 dem Militär an. Dort wurde er nach Europa versetzt, wo er an der Pariser Cité Universitaire Französisch und Geschichtskurse belegte und schließlich 1945 nach Amerika zurückkehrte. 1946 schloss er das Studium ab und war bis 1951 als Lehrer tätig.
In diesem Jahr zog er mit seiner Frau Isabel Wilson nach Cleveland, wo er als Designer arbeitete. Seine erste Ausstellung fand im Jahr 1949 statt. In den folgenden Jahren malte er im Stil des Expressionismus, hatte aber wenig Erfolg mit sei
ner Kunst. Daher übernahm er 1957 wieder eine Lehrstelle an der New State University, wo er bis 1960 unterrichtete. 1960 zog er nach New Jersey, wo er Bekanntschaften mit anderen Künstlern machte. In New Jersey wurde er mit der neuen Kunstrichtung Pop-Art vertraut gemacht und nutzte von da an Comics als Grundlage seiner Werke.
Seinen Durchbruch erhielt er 1961 mit seinem Werk Look Mickey. Noch im selben Jahr wurde es sowie einige weitere in diesem Stil gemalten Bilder in New York ausgestellt. Ab 1962 konnte er vom Verkauf seiner Werke leben. Im folgenden Jahr zog er zurück nach New York und widmete sich gänzlich der Malerei.
Lichtenstein experimentierte weiter mit dem Comic Stil und verfeinerte seine Werke. In den Siebzigerjahren beschäftige er sich auch vermehrt mit Optischen Illusionen in seiner Kunst, und in den Achtzigern experimentierte er mit dem Surrealismus. Er gewann mehrere Kunstpreise.
Am 29. September 1997 verstarb Roy Lichtenstein in New York.
Neben Andy Warhol gilt Roy Lichtenstein als einer der bekanntesten Künstler der Pop-Art. Sein Nachlass mit mehr als 800 Werken wurde bis 2018 von der Lichtenstein-Foundation verwaltet, die nun nach und nach die Werke an Museen verteilt.