Ligeti Lajos Balassagyarmaton született, kisiparos családban. 1921-ben kitüntetéssel érettségizett a gyarmati gimnáziumban, majd ez év őszén megkezdte felsőfokú tanulmányait a budapesti Tudományegyetem latin, görög, valamint török szakán mint az Eötvös Kollégium tagja. Keleti nyelvészettel már gimnáziumi évei alatt foglalkozni kezdett, az egyetemen pedig olyan tanároknál tanulhatott, mint Gombocz Zoltán, aki akkor került át a kolozsvári egyetem urál-altaji tanszékéről a pesti egyetem magyar nyelvtörténeti tanszékére; Németh Gyulánál hallgatott turkológiát, Melich Jánosnál szlavisztikát. Ligetire nagy hatással voltak Gombocz Zoltánnak a magyar nyelv honfoglalás előtti török jövevényszavairól tartott előadásai. Első, még egyetemista korában nyomtatásban megjelent dolgozatát is csuvas témából írta (Deskó Endre csuvas-magyar nyelvhasonlítása, 1924).

1925-ben sub auspiciis minősítéssel doktorált (török filológiából mint főtárgyból, magyar nyelvészetből és távolkeleti nyelvek és irodalmakból mint melléktárgyakból), majd ez év őszén ösztöndíjjal három évre a párizsi Sorbonne-ra ment, hogy keleti tanulmányait a tibetista Jaques Bacot-nál, a sinológus Henri Maspero-nál és Paul Pelliot-nál folytassa. Pelliot volt az, aki Ligeti figyelmét ráirányította a mongol nyelvtörténetre és a Belső-Ázsiára vonatkozó kínai forrásokra. Tőle tanulta meg Ligeti azt a kutatási módszert, amelynek segítségével később a keletkutatás élvonalába került. A Párizsban tanultakat itthon eredeti célja, a magyar őstörténet kutatásának szolgálatába állította.

Ligeti a könyvekből meríthető tudás mellett legalább olyan fontosnak tartotta az eredeti források, a beszélt nyelv, a helyi viszonyok megismerését is. Ez indította arra, hogy Párizsból hazatérve ösztöndíjat kérjen egy mongóliai kutatóútra, hogy eredeti helyszínen tanulmányozza a régi mongol nyelvet és irodalmat. 1928-ban indult és három évet töltött a Kínához tartozó Belső-Mongóliában. Belháborúk és rablóbandák garázdálkodásai közepette járta sorra a lámakolostorokat, ilyen körülmények között tanulmányozta a buddhista mongol irodalmat és az addig ismeretlen archaikus mongol nyelvjárásokat. Ottléte alatt átvizsgálta a mongol buddhizmus terjedelmes szentkönyv-gyűjteményét, a Kandzsurt, melynek katalógusát 1944-ben tette közzé (Catalogue du Kanjur mongol imprimé. Vol. 1.). "E munkát különös lelkesedéssel végeztem, mert éppen száz esztendővel azelőtt készített el Tibetben egy hasonló munkát, szintén elsőnek, szintén egy magyar ember: Kőrösi Csoma Sándor" - írta egy későbbi önletrajzában. Kutatási eredményeit, útiélményeit két könyvben is megjelentette; egyiket a tudományos világnak (Rapport préliminaire..., 1933), másikat a nagyközönségnek szánta (Sárga istenek, sárga emberek, 1934).

Keleti kutatóútra még kétszer vállalkozott: 1936-1937-ben Perzsiába és Afganisztánba utazott azzal a céllal, hogy archaikus mongol nyelveket fedezzen fel. Perzsiából perzsa és arab nyelvű kéziratokat hozott - köztük a magyar őstörténet számára oly fontos Ibn Fadlán művének fotográfiáját -, Afganisztánban pedig nyelvészeti anyagot gyűjtött a már kihaltnak hitt mogol nyelvről, valamint ottani török nyelvjárásokról. Útjáról számos tudományos cikkben, a szélesebb olvasóközönségnek pedig Afgán földön c. könyvében számolt be.

Utolsó alkalommal 1940-ben tett hosszabb kutatóutat Keleten. Ezúttal Japánban járt. Tokióban és Kiotóban az ottani belső-ázsiai anyagot tanulmányozta, mégpedig elsősorban az Európában ismeretlen japán nyelvű kiadványokat. Értékes gyűjteményt állított össze a japán könyvtárakban őrzött mongol, dzürcsi, tibeti és más kéziratokról.

A régi Belső-Ázsia megismerését alapvetőnek tartotta a magyar őstörténet szempontjából. Erről A magyarság keleti kapcsolatai c. 1932-ben megjelent cikkében így írt: "Bárha ma mindinkább kétségesebb, hogy a magyarság valaha Ázsiában élt volna, vagy ha élt is, hogy ottani tartózkodása huzamosabb, vagy jelentősebb lett volna, az mégis bizonyos, hogy azok a népek, melyekkel keleteurópai életének során érintkezésbe került, nagyrészt Középázsiából származtak el, hogy az az életmód, műveltség, melynek ott hosszú századokon át részese volt, nagyrészben szintén középázsiai eredetű. Keleteurópa s így őstörténetünk helyes megértése és értékelése céljából tehát mindenekelőtt ismernünk kell azt a földdarabot, amely sok tekintetben a forrás itt: Középázsiát, és Középázsia történetét, nagyjában a Kr. u. 10.-11. századig."

Pár év múlva vállalkozott rá, hogy az addigi ismereteket megossza az érdeklődő magyar olvasókkal. Az ismeretlen Belső-Ázsia c. (1940) könyvében tudományos igényességgel, de olvasmányos stílusban beszélte el a Belső-Ázsiában járt expedíciók történetét, az ott felfedezett források által megrajzolható történeti, vallástörténeti képet, s nem mulasztotta el felrajzolni a magyar őstörténet és a térség kapcsolatát sem.

Ligeti tehát a magyar őstörténet megismerése szempontjából elengedhetetlennek tartotta a kutatások kiterjesztését a belső-ázsiai térségre és e kutatások intézményi kereteinek kialakítását.

Mongóliai kutatóútjáról visszatérve díjtalan tanársegéddé, majd 1932-től magántanárrá nevezték ki a budapesti Tudományegyetemen. 1934-1935-ben meghívott előadóként két féléven keresztül oktatott mongol filológiát a párizsi École des Langues Orientales Vivantes hallgatóinak. A franciák hosszabb távon is számítottak rá: párizsi egyetemi állást és francia állampolgárságot kínáltak neki, hogy bekapcsolhassák a francia tudományos életbe. Bár tudta, hogy nagyszerű tudományos lehetőségtől fosztja meg magát, az ajánlatot mégis elutasította. 1936-ban a Magyar Tudományos Akadémia levelező tagjai sorába választotta - mindössze 34 évesen. 1939-től nyilvános rendkívüli tanárként, majd 1941-től nyilvános rendes tanárként oktatott a budapesti Tudományegyetemen Belső-Ázsia történetet és mongolisztikát, majd 1942-től tibetisztikát a számára kialakított Belső-Ázsiai Tanszéken. 1942-ben a Bölcsészettudományi Kar megbízta, hogy megfelelő szakember hiányában ideiglenesen lássa el a Kelet-Ázsiai Tanszék vezetését is és oktasson keletázsiai tárgyakat (kínait, mandzsut, koreait) a leendő sinológusoknak. Ezt a feladatot végül húsz éven keresztül látta el fizetség nélkül. Németh Gyula nyugdíjazása után több évig (1965-1971) volt vezetője a Török Filológiai Tanszéknek is.

Fontos feladatnak tartotta az orientalisták publikációs lehetőséghez juttatását. A Kőrösi Csoma Társaság megbízásából 1938-tól kezdve ő szerkesztette a Bibliotheca Orientalis Hungarica sorozatot, 1950-ben az ő szerkesztésében indult el az Akadémia orientalisztikai folyóirata, az Acta Orientalia Hungarica, 1966-ban pedig a Kőrösi Csoma Kiskönyvtár c. monográfiasorozat. Kezdeményezésére indult meg 1973-ban a Keletkutatás c. magyar nyelvű tudományos folyóirat kiadása is.

1947-ben választották a Magyar Tudományos Akadémia rendes tagjává, majd 1949-től kezdődően huszonegy éven keresztül töltötte be az Akadémia alelnöki tisztét. Vezetésével jött létre az Akadémia Orientalisztikai Bizottsága, aktív szerepet játszott a Helyesírási, valamint a Könyvtári Bizottság élén. 1969-ben újjászervezte a Kőrösi Csoma Társaságot, amelynek első elnöke, majd 1978-tól tiszteletbeli elnöke lett.

Belső-Ázsiai Tanszéke mellett 1969-ben létrehozta az MTA Altajisztikai Munkaközösségét (később Kutatócsoportját), melynek munkájában nyugdíjba vonulása után (1972) is részt vett.

Ligetinek komoly szerepe volt abban, hogy az altajisztikai képzés 1974-ben megindulhatott a szegedi József Attila Tudományegyetemen. Könyvtára felajánlásával pedig sokat segített az oktatás és kutatás szegedi feltételeinek megteremtésében.

Ligetit a nemzetközi tudomány elsősorban mongolistaként tartja számon, mivel legtöbb idegennyelvű publikációja e témakörben jelent meg. A mongolisztika vélhetően azért kapott fontos szerepet nála, mert a magyar nyelv török jövevényszavai kutatásának már komoly hagyományai voltak a Németh Gyula vezette Török Filológiai Tanszéken, viszont a törökkel rokonnak tartott - és annak történetéhez sok adalékot nyújtó - mongol és mandzsu nyelvekről viszonylag keveset tudott a tudományos világ.

Az ómongol (vagyis a Dzsingisz-kor előtti mongol nyelvállapot, pl. a tabgacsok és a kitajok nyelve) és annak közvetett forrásai, a kitaj jövevényszavakat is megőrző mandzsu-tunguz nyelv, a dzsürcsi kutatása mellett komoly figyelmet szentelt a középmongol és a preklasszikus irodalmi nyelv kérdéseinek. Számos 13-16. századi mongol nyelvemléket adott ki tanítványaival együtt a Mongol Nyelvemléktár 14 kötetében. Ezek a szövegek javított és bővített változatban, francia előszókkal és magyarázatokkal újból megjelentek a Monumenta Linguae Mongolicae Collecta sorozatban. Az 1970-ben indult Indices Verborum Linguae Mongolicae Monumentis Traditorum sorozat kötetei pedig e szövegek szókészleti anyagának mutatóit tartalmazták. E munkák abban a reményben kerültek kiadásra, hogy egy középmongol, illetve preklasszikus mongol szótár és nyelvtan anyagát fogják szolgáltatni. A Monumenta sorozat első köteteként jelent meg a kínai átírásban fennmaradt Mongolok titkos története mongol szövege. Később kiadásra került a szöveg ujgur írásos változata is. Magyar nyelvű fordítása is Ligeti nevéhez fűződik: 1962-ben jelent meg bőséges jegyzetanyaggal a Dzsingisz kán életét, a mongol világbirodalom kialakulásának történetét elbeszélő forrásmű.

Ligetit a kínai nyelvtörténetből elsősorban a kínai átírásos barbár - vagyis belső-ázsiai (tibeti, török, mongol, stb.) - nyelvi adatok érdekelték leginkább, hiszen kínai forrásokban olyan korai időszakból maradt fenn a kínaiakat körülvevő népek nyelvi anyaga, amikor ezeknek a népeknek még nem volt saját írásbeliségük. (Pl. Kínai átírásos barbár nyelvi glosszák, 1941; Egy karluk törzs neve kínai átírásban, 1949; Mots de civilisation de Haute Asie en transcription chinoise, 1950)

Turkológiai érdeklődése is sokirányú volt. Számos tanulmányban foglalkozott a török hangtörténet különböző kérdéseivel, felfedezte például a török hosszú magánhangzókat (A török hosszú magánhangzók, 1938; Les voyelles longues en turc, 1938). Feldolgozta a 15-16. századi sino-ujgur nyelvemlékeket (Un vocabulaire sino-ouigour des Ming, 1966; Documents sino-ouigour du Bureau des Traducteurs, 1967, 1968; Glossaire supplémentaire au Vocabulaire sino-ouigour... 1969), érdekelték őt az ujgur buddhista szövegek, (pl. Notes sur le colophon du "Yitikän sudur", 1954; Autour du Säkiz yükmäk yaruq, 1971) foglalkozott az afganisztáni afsárok török nyelvével, (Sur la langue des Afchars d'Afghanistan, 1957), több cikket is szentelt a kunok nyelvének (pl. Sur deux mots comans, 1962; Prolegomena to the Codex Cumanicus, 1981; A Codex Cumanicus mai kérdései, 1985).

Turkológiai érdeklődésének középpontjában azonban a magyar nyelv régi török jövevényszavainak kutatása állt. Magyar vonatkozású turkológiai cikkei két gyűjteményes kötetben jelentek meg 1977-ben és 1979-ben (A magyar nyelv török kapcsolatai és ami körülöttük van), majd 1986-ban elkészült kutatásainak összefoglalása, A magyar nyelv török kapcsolatai a honfoglalás előtt és az Árpád-korban c. műve. Ebben a nagyszabású munkában alapos vizsgálatnak vetette alá török jövevényszavainkat mind turkológiai, mind pedig magyar nyelvészeti szempontból és több, az őstörténetkutatás számára fontos következtetésre jutott.

Ligetit tudományos munkája elismeréseként számos tudós szervezet választotta tagjai közé (Permanent International Comittee of Mongolists, Ulanbator, alelnöke 1970-től; Turkish Society of Language, Société Asiatique, Royal Asiatic Society, American Oriental Society, Finno-Ugrian Society, Sächsische Akademie der Wissenschaft, Institut de France, Academie des Inscriptions et Belles Lettres levelező tagja). Munkásságát 1949-ben Kossuth-díjjal, később több más állami díjjal (Magyar Népköztársaság Zászlórendje, 1970, 1974; Munka Érdemrend arany fokozat, 1975; Magyar Népköztársaság babérkoszorúkkal ékesített Zászlórendje, 1982; Najramdal-rend, Mongólia, 1972; Diplome d'honneur, Törökország, 1974) jutalmazták. 1967-ben elnyerte az Akadémiai Aranyérmet, 1968-ban az Indiana University altajisztikai aranyérmét.

1982-ben a budapesti Eötvös Loránd Tudományegyetem, 1984-ben pedig a szegedi József Attila Tudományegyetem avatta díszdoktorává.