Lam era el octavo hijo de un anciano de origen chino cantonés establecido en Cuba, y de una mujer de origen hispano-africano. En 1918 ingresó en la Escuela de Bellas Artes de La Habana. En 1923 se instaló en Madrid, entrando en el taller de Álvarez de Sotomayor y acudiendo también a la Academia Libre de Paisaje. Las obras del Museo del Prado y del Arqueológico le impactaron, así como la pintura de Anglada y Zuloaga. Viajó y pintó paisajes, bodegones y retratos. En 1931 murieron de tuberculosis su mujer y su hijo, lo cual le produjo una amarga crisis, empezando a pintar escenas con maternidades en entornos oníricos. En la Guerra Civil se alistó voluntario en el bando republicano, pero enfermó y fue a recuperarse al balneario de Caldes de Montbui, cerca de Barcelona. En 1938 fue a París, donde trabó amistad con su admirado Picasso, que le introdujo en su círculo y le presentó al galerista Pierre Loeb. En 1940, ante la llegada de los alemanes huyó a Marsella, donde reencontró a Breton para cuyo poema Fata Morgana hizo ilustraciones. Junto a éste y a Lévi-Strauss se embarcó hacia América, pero antes de poder llegar a Cuba fue internado en un campo de concentración en la Martinica. En 1942 Breton escribió la presentación de su exposición en la Pierre Matisse Gallery de Nueva York. Para entonces en su pintura el Surrealismo se fundía con las raíces afrocubanas, la fuerza totémica de la santería, y la exuberancia de la flora caribeña. Desde 1946 su obra se afianza; reside algún tiempo en Haití, y Breton le dedica La nuit Haïti. Vive entre París, Nueva York, La Habana y Albisola, obteniendo reconocimiento internacional. En 1955 conoce a su tercera esposa, Lou Laurin. En los años sesenta se celebran importantes retrospectivas, y colabora en la organización de actividades en la Cuba revolucionaria, como la celebración del parisino Salón de Mai en La Habana en 1967, y en 1968 el Congreso Cultural. En 1978 sufre un ataque que le obliga a permanecer en silla de ruedas, y el 11 de septiembre de 1982 muere en París.