A dúsgazdag és művelt Hatvany-Deutsch család tagjai között neves képzőművészt, orientalistát és irodalmárt is találhatunk.

Hatvany szinte anyanyelvével egy időben tanult meg németül, angolul és franciául, majd bölcsészetet hallgatott Freiburgban, 1904-ben Budapesten szerzett bölcsészdoktori címet.

A magyar költészet szívügye volt, különösen Csokonai és Petőfi, akinek kutatására szentelte szinte egész életét.

1908-ban nagy feltűnést keltett A tudni nem érdemes dolgok tudománya című német nyelvű tanulmánya, amelyben a nyelvészet fölösleges mellékútjairól értekezett. Ugyanebben az évben jelentős anyagi támogatásának köszönhetően megindulhatott a modern magyar irodalom legfontosabb folyóirata, a Nyugat. Ennek körében ismerkedett meg Ady Endrével, akinek egyik legfőbb támogatója, méltatója lett.

1911-ben összekülönbözött Osvát Ernővel a Nyugat szerkesztése körüli kérdésekben, s hátat fordított a lapnak. 1917 és 1919 között a Pesti Napló szerkesztője volt, majd 1918-ban és 1919-ben az Esztendő című szépirodalmi és kritikai folyóiratot irányította. Kora polgári radikális törekvéseinek egyik szószólója volt, s az őszirózsás forradalom idején az általa igen nagyra tartott Károlyi Mihály mellett a Nemzeti Tanács vezérkarának tagja lett. A tanácsköztársaság elől azonban emigrált, nyolc éven keresztül Bécsben, Berlinben és Párizsban élt. 1923-ban Bécsben megalapította a Jövő című lapot, s indulatos cikkekben támadta Horthy félfeudális rendszerét. Az emigrációban írta Adyról szóló két főművét, Ady világa és Ady a kortársak közt címmel.

1927-ben hazatért, itthon azonban bíróság elé állították az emigrációban kifejtett tevékenysége miatt, és másfél évi börtönre, valamint pénzbüntetésre ítélték, de a külföldi közvélemény nyomására elengedték. Szabadulása után otthona a szellemi élet kiemelkedő képviselőinek gyülekező helye lett: nála találkozott például Thomas Mann és Bartók Béla is.

Még bécsi tartózkodása idején felfigyelt József Attila egyéni hangú költészetére, s anyagilag is támogatta a költőt, többek között a párizsi Sorbonne-on folytatott tanulmányait. Kapcsolatuk a Döntsd a tőkét című kötet megjelenése után lazult meg, olyannyira, hogy Hatvany minden anyagi segítségét megvonta.

A 30-as években Hatvany írásai elsősorban a polgári radikális és szociáldemokrata sajtóban jelentek meg, a terjedő fasizmus fenyegetését az elsők között ismerte fel. A totális rémuralmat nem várta meg, s 1938-ban ismét emigrált, előbb Párizsba, majd Oxfordba költözött.

1947-ben visszatért Magyarországra, s ismét bekapcsolódott a szellemi életbe. A budapesti bölcsészkaron kapott katedrát, tanított és folyamatosan írt, Így élt Petőfi című többkötetes munkája máig az egyik legteljesebb Petőfi-monográfia.

1959-ben munkásságáért Kossuth-díjjal tüntették ki, 1960-ben pedig a Magyar Tudományos Akadémia levelező tagjává választották. Hatvany Lajos 1961. június 12-én halt meg Budapesten.