Pullman nació en Los Ángeles, California, es hijo del actor Bill Pullman y la bailarina moderna, Tamara Hurwitz.^[2]​ Es el menor de tres hijos.^[1]​^[3]​ Además, tiene ascendencia rusa y judía por parte de su madre.^[4]​^[5]​

Comentó que trabajaba en la división de tractores de la universidad, y añadió: "Pensé que si la actuación no funcionaba, podría trabajar en el equipo de carretera, manejando la retroexcavadora".^[6]​ Cursó la secundaria en la Wildwood School de Los Ángeles. En 2015, se graduó en el Warren Wilson College en Swannanoa, Carolina del Norte, obteniendo una licenciatura en Trabajo Social.^[7]​

Lewis Pullman comenzó su carrera actoral participando en varios cortometrajes, iniciando con The Tutor en 2013.^[8]​ Durante ese período, dividía su tiempo entre vivir en Los Ángeles y Montana. Tras graduarse de la universidad en 2015, los cineastas Jonathan Dayton y Valerie Faris le pidieron que audicionara para Highston, una serie de televisión de Sacha Baron Cohen y Amazon Studios.^[9]​ En septiembre de ese mismo año, se confirmó su participación y la serie se encargó de seis episodios.^[10]​

La serie contó con Pullman en el papel principal interpretando a un joven de 19 años cuyos amigos imaginarios eran celebridades reales. El episodio piloto, contó con la participación de Flea y Shaquille O'Neal, como estrellas invitadas, recibiendo una acogida muy positiva por parte de la crítica.^[11]​ Sin embargo, en diciembre de 2017, Amazon Studios decidió cancelar Highston tras emitir solo ese primer episodio.^[12]​

Pullman hizo su debut actoral en 2017 con la película The Ballad of Lefty Brown, en la que actuó junto a su padre.^[13]​ Ese mismo año participó en Aftermath, junto a Arnold Schwarzenegger,^[14]​ también en el drama británico Lean on Pete,^[15]​ y en la aclamada película Battle of the Sexes, donde volvió a compartir escena con su padre.^[16]​^[17]​

En 2018, Pullman protagonizó The Strangers: Prey at Night.^[18]​ Aunque la película recibió críticas mixtas en comparación con su predecesora,^[19]​ fue un éxito en taquilla, recaudando $32.1 millones de dólares contra un presupuesto de producción de $5 millones.^[20]​ Ese mismo año, protagonizó en Bad Times at the El Royale junto a Jeff Bridges, Cynthia Erivo, Dakota Johnson, Jon Hamm, Cailee Spaeny, y Chris Hemsworth.^[21]​^[22]​ Sobre la elección de Pullman, el guionista y director Drew Goddard comentó: "Fue una de esas búsquedas clásicas de casting. Después de entrevistar a muchísimos actores, Lewis llegó y se sintió al instante. La última vez que ocurrió algo así, sinceramente, fue cuando Chris Hemsworth se presentó para The Cabin in the Woods. Simplemente buscamos actores que encajen intrínsecamente con el papel y que, además, lo trasciendan. Lewis tenía esa magia".^[23]​ Tras su estreno, la película recibió críticas generalmente positivas,^[24]​ y la actuación de Pullman fue destacada, tanto que Den of Geek la calificó de "sobresaliente" y The Seattle Times señaló que él "brilla como el recepcionista atribulado, que actúa como la (muy) tardía conciencia moral de la película".^[25]​^[26]​

En 2019, Pullman tuvo un papel recurrente como 'Major Major' en Catch-22, la adaptación de Hulu dirigida por George Clooney basada en la novela de 1961.^[27]​^[28]​ Ese mismo año protagonizó el thriller Them That Follow,^[29]​ y en 2020, participó con un papel pequeño en la película independiente Pink Skies Ahead.^[30]​ En 2022, interpretó a 'Rhett Abbott' en la serie de Amazon Outer Range,^[31]​ al teniente Robert "Bob" Floyd junto a Tom Cruise en Top Gun: Maverick,^[32]​^[33]​ y al protagonista romántico en Press Play.^[34]​ Aunque Top Gun: Maverick finalizó su rodaje en 2019, su estreno se retrasó varias veces hasta 2022; la película recaudó más de $1.4 billones de dólares en taquilla y se convirtió en la más taquillera de Pullman hasta la fecha.^[35]​ En 2023, Pullman interpretó a un pastor de jóvenes en The Starling Girl, al presidente de una fraternidad en The Line, y tuvo un papel destacado en la última película de William Friedkin, The Caine Mutiny Court-Martial.^[36]​^[37]​^[38]​ Además, protagonizó junto a Brie Larson la miniserie de Apple TV+, Lessons in Chemistry.^[39]​

En 2024, Pullman protagonizó el thriller policial Skincare^[40]​ y la adaptación cinematográfica de terror Salem's Lot, basada en la novela de Stephen King de 1975 y producida por James Wan.^[41]​

En 2025, interpretó a Robert "Bob" Reynolds / Sentry / The Void en la película Thunderbolts* parte del Universo Cinematográfico de Marvel, y retornará en ese papel en Avengers: Doomsday en 2026. La interpretación de Lewis Pullman como Sentry fue elogiada por críticos, los cuales señalaron que fue una elección ideal para el papel.^[42]​^[43]​ Además, Pullman compartirá pantalla con Sally Field en la adaptación cinematográfica del bestseller Remarkably Bright Creatures de Shelby Van Pelt.^[44]​^[45]​ También protagonizará junto a Maya Hawke, la comedia romántica surrealista Wishful Thinking.^[46]​

Además de su carrera como actor, Pullman es baterista de la banda 'Atta Boy' junto a Eden Brolin, Freddy Reish, y Dashel Thompson. El grupo musical lanzó su primer álbum, Out of Sorts, en 2012, descrito por sus integrantes como un "experimento caprichoso".^[47]​ Su segundo álbum, Big Heart Manners, fue lanzado en 2020.^[48]​

En el ámbito personal, Lewis Pullman mantuvo una relación con la cantante y actriz Rainey Qualley entre septiembre de 2020 y hasta algún momento previo a agosto de 2023.^[49]​^[50]​ Desde enero de 2025, Pullman sale con la modelo Kaia Gerber.^[51]​

• Lewis Pullman en Internet Movie Database (en inglés).