Родился в богатой семье торговца тканями. Изучал богословские науки, физику и медицину. В Лейдене занимался под руководством врача, ботаника и химика Г. Бургаве. В 1742 году возвращается в Париж. В 1743—1744 году участвует в Войне за австрийское наследство в армии герцога де Граммона. Был полковым врачом. Заболев горячкой, на основе наблюдений за своей болезнью пришёл к выводу, что духовная деятельность человека определяется его телесной организацией. Эта идея легла в основу его первого философского сочинения «Естественная история души» („Histoire naturelle de l'?me“, 1745, иначе «Трактат о душе»), вызвавшего озлобление в среде духовенства и сожжённого по приговору суда, как и его сатирическое произведение Politique du Medecin de Machiavel, направленное против злоупотреблений, невежества и самомнения его коллег-врачей.
Несмотря на то, что оба запрещённых трактата вышли из печати анонимно, Ламетри был вынужден эмигрировать в Голландию, оставив семью во Франции. Здесь он также анонимно опубликовал сочинение «Человек-машина» („L'homme machine“, 1747, русский перевод 1911), которое также было публично сожжено (но доставило ему широкую известность). В 1748 году по приглашению прусского короля Фридриха II переехал в Берлин, где состоял членом Академии наук, личным врачом короля и получил возможность беспрепятственно издавать свои труды, среди прочих — «Человек-растение» (1748), «Человек больше, чем машина» (1748) и «Система Эпикура» (1751). Однако вскоре и в Сан-Суси у учёного возникает конфликт с двором, он принужден выставлять себя чудаком и придворным шутом. Умер Ламетри, по преданию, отравившись паштетом. Согласно указаниям самого Ламетри, оставленным в его последних сочинениях, учёный был отравлен. Смерть Ламетри так никогда и не была расследована.
Ламетри первым во Франции дал последовательное изложение системы механистического материализма. Согласно Ламетри, существует лишь единая материальная субстанция; присущие ей способности ощущать и мыслить обнаруживаются в «организованных телах»; состояние тела всецело обусловливает состояние души через посредство чувственных восприятий. Ламетри отрицал мнение Р. Декарта о животных как о простых автоматах, лишённых способности ощущения. Согласно Ламетри, человек и животные созданы природой из одной и той же «глины» и человека отличает от животных лишь большее количество потребностей и, следовательно, большее количество ума, ибо Ламетри признавал потребности тела «мерилом ума». Человеческий организм Ламетри рассматривает как самостоятельно заводящуюся машину, подобную часовому механизму.
В своих последних работах Ламетри подошёл к идеям эволюции, высказывая мысли о единстве происхождения растительного и животного мира, о постепенном совершенствовании материи и животного царства. Ламетри выдвинул предположение о существовании зоофитов — растений-животных, впоследствии подтвержденное наукой. Развивая точку зрения сенсуализма, Ламетри считал, что внешний мир отражается на «мозговом экране». В этике, исходя из позиций гедонизма, отводил в то же время значительную роль общественному интересу. Согласно его идеям, развитие общества определяется деятельностью выдающихся людей и успехами просвещения; Ламетри был сторонником просвещённого абсолютизма, его философские идеи оказали значительное влияние на Д. Дидро, П. Гольбаха, К. Гельвеция.