Nato a Massa Marittima (GR) nell’agosto 1931, si diploma al Centro Sperimentale di Cinematogrfia nel ‘56 presentando - come saggio di diploma - un cortometraggio intitolato I ragazzi di Trastevere, vicenda quasi pasoliniana incentrata su un gruppo di ragazzi del noto quartere romano.

Alla fine degli anni Cinquanta collabora con varie riviste cinematografiche - fra cui «Bianco e Nero», per poi esordire come aiuto regista per film come Apocalisse sul fiume giallo (1960) di Renzo Merusi, Costantino il grande (1960) di Lionello De Felice e Il terrore dei mari (1961) di Domenico Paolella. 

Nello stesso anno esordisce alla regia (tre anni avanti - nel ’58 -, in Grecia aveva girato un pellicola - Mia Italida stin Ellada - che non aveva trovato distribuzione), con Le avventure di Mary Read, un film di cappa e spada.

In seguito si dedica alla rilettura dei libri di Emilio Salgari dirigendo fra gli altri Sandokan, la tigre di Mompracem (1963) e I pirati della Malesia (1964) in cui, nel corso delle riprese, viene sorpreso dallo scoppio della guerra civile che porterà alla secessione di Singapore dalla Malesia.

Seguendo la scia delle nuove tendenze cinematografiche, cavalca di volta in volta il fenomeno filmico del momento. Sull'onda del successo della serie di James Bond (in quegli anni interpretato da Sean Connery), nel giro di due anni dirige quattro film di spionaggio, fra cui A 008, operazione Sterminio (1965) e Superseven chiama Cairo (1965).

Nel ‘69 mette in scena una sceneggiatura del giovane Dario Argento (il quale di lì a breve esordirà alla regia con L’uccello dalle piume di cristallo - 1970): il film La legione dei dannati, una sorta di rilettura del celebre I cannoni di Navarone (1961) di Jack Lee Thompson. Nel genere bellico aveva già diretto Attentato ai tre grandi (1967) e vi rimarrà con il successivo Il grande attacco (1978), girato negli Stati Uniti  con lo pseudonimo Humphrey Longan.

L’anno successivo gira - con lo pseudonimo Hank Milestone -  Contro quattro bandiere (1979, una coproduzione italo-franco-spagnola.

A partire dalla fine degli anni Sessanta, Umberto Lenzi si specializza nel giallo all'italiana inventando un sotto-genere  che in seguito lui stesso definirà “thriller dei quartieri alti”, dirigendo la trilogia formata da: Orgasmo (1969), Così dolce... così perversa (1969) e Paranoia (1970), tutti e tre interpretati da Carroll Baker.

All’inizio degli anni Settanta, decide di inserirsi nel filone inaugurato dal primo Dario Argento regista (il già citato L’uccello dalle piume di cristallo, Il gatto a nove code - 1971 -, Quattro mosche di velluto grigio - 1971) con film come Un posto ideale per uccidere (1971), Sette orchidee macchiate di rosso (1972), Il coltello di ghiaccio (1972), Spasmo (1974) e Gatti rossi in un labirinto di vetro (1975). Tutti e cinque, eccezion fatta per Spasmo - che batte un terreno più psicologico ed introspettivo - seguono abbastanza fedelmente il modulo argentiano.

In seguito alla nascita (con La polizia ringrazia - 1972 - di Steno) di quel genere italiano definito “poliziottesco” Umberto Lenzi trova il suo terreno più fertile, diventando il più prolifico regista di questo genere e dirigendo alcune fra i più noti film di quel decennio, fra cui Milano odia: la polizia non può sparare (1974), Roma a mano armata (1976) e Napoli violenta (1976).

In particolare, con Tomas Milian, creerà un sodalizio che contribuirà all’ottima riuscita di molte pellicole, fra cui Il giustiziere sfida la città (1975). Inoltre, insieme a T. Milian, il regista inventa anche il personaggio de Er Monnezza, il ladruncolo borgataro e sciamannato che apparirà ne Il trucido e lo sbirro (1976) e ne  La banda del gobbo (1978).

Umberto Lenzi contribuisce anche al successo di Maurizio Merli, presenza costante nei suoi poliziotteschi, in film come il già citato Napoli violenta e Il cinico, l'infame, il violento (1977).

All’inizio degli anni Ottanta, il regista decide di seguire le orme dei più noti registi italiani di genere - come Lucio Fulci e lo stesso Dario Argento -  cercando il successo nell’horror. Il primo film è Incubo sulla città contaminata (1980), che, evidentemente ispirato a Zombi (1978) di George A. Romero, ha un’originalità, che verrà più volte citata in pellicole successive future dedicate all'argomento.

Nell’81, sulla scia di Cannibal Holocaust (1980) di Ruggero Deodato, dirige Mangiati vivi!, che riscuote un buon successo all'estero e che lo spinge a realizzare Cannibal Ferox (1981), il film di punta della sua “trilogia cannibalica”.

Alla fine del decennio torna al genere thriller/horror con Nightmare Beach (1988) una produzione minore girata negli Stati Uniti e gemella di Rage, furia primitiva (1988), scritto e diretto con Vittorio Rambaldi.

In seguito dirige altri film horror fra cui La casa 3 - Ghosthouse (1988), sequel non ufficiale della serie inaugurata da La casa (1982) di Sam Raimi, e sempre girato negli Stati Uniti, Paura nel buio (1989) e Le porte dell'inferno (1990). Nello stesso periodo ReteItalia gli commissiona due film televisivi (La casa del sortilegio - 1989 - e La casa delle anime erranti - 1989) sulle “case maledette” e, nonostante il budget molto basso a disposizione, il risultato è più che dignitoso. Si tratta dei due unici lavori del regista per il piccolo schermo

Nello stesso decennio dirige molti film di vario genere, fra cui La guerra del ferro - Ironmaster (1983), scritto rifacendosi vagamente a Conan il barbaro (1982) di John Milius e il bellico I cinque del Condor (1985). Nella seconda metà degli anni Ottanta dirige Un ponte per l'inferno (1986) e Tempi di guerra (1987), film di guerra girati in Jugoslavia.

Nell’ultima fase della sua carriera da regista realizza film d’esportazione per i mercati minori, come Obiettivo poliziotto (1989), Caccia allo scorpione d'oro (1991) e Demoni 3 (1991, conosciuto anche con il titolo come Black Demon), terzo capitolo non ufficiale della serie horror inaugurata da Lamberto Bava.

Fra gli altri film di Umberto Lenzi, che fra i suoi maestri ideali ha sempre collocato Raoul Walsh (1887-1980) e Samuel Fuller (1912-1997), ricordiamo Il trionfo di Robin Hood (1962), Caterina di Russia (1963), I tre sergenti de Bengala (1964), firmato con lo pseudonimo Humphrey Humbert, Kriminal (1966), di cui verrà realizzato un sequel l’anno successivo (Il marchio di Kriminal - 1967 - di Fernando Cerchio), Una pistola per cento bare (1968), Milano rovente (1973, L’uomo della strada fa giustizia (1975, Da Corleone a Brooklyn (1979), Incontro nell’ultimo paradiso (1982), Nightmare Beach - La spiaggia del terrore (1989), firmato con lo pseudonimo Harry Kirkpatrick, Cop Target - Obiettivo poliziotto (1990), firmato come Humprey Humbert, Detective Malone (1991), firmato con lo pseudonimo Bob Collins.   

Il suo ultimo film è stato Hornsby e Rodriguez - Sfida criminale (1992), girato negli Stati Uniti ed a Santo Domingo.

A partire dal 2008, circa quindici anni dopo il suo ritiro a vita privata, ha scritto e pubblicato alcuni libri gialli, ottenendo un buon successo. In seguito ha collaborato con la rivista cinematografica «Nocturno», su cui ha tenuto una sua rubrica.

L’Umberto Lenzi scrittore  ha creato la figura di Bruno Astolfi, detective privato antifascista che attraversa il mondo del cinema dei telefoni bianchi per risolvere intricati casi di omicidio. Nei suoi libri si percepisce la pesante atmosfera dei primi anni Quaranta, segnati dalle tragedie della Seconda guerra mondiale, mentre sullo sfondo il mestiere e la conoscenza del mondo del cinema dell'autore affiora nelle ricostruzioni di set storici e nelle efficaci descrizioni di registi, attori e comparse. Il personaggio è protagonista di Delitti a Cinecittà (Coniglio Editore, 2008), Terrore ad Harlem (Coniglio, 2009), che si svolge sul set di Harlem (1943) di Carmine Gallone, Morte al Cinevillaggio (Coniglio, 2010), ambientato a Venezia nella città del cinema voluta dalla Repubblica di Salò e Il Clan dei Miserabili (Cordero, 2014), che si svolge sul set de I miserabili (1947) di Riccardo Freda. Nel 2011 ha pubblicato Scalera di sangue (Coniglio).

Negli anni compresi fra il 1942 ed il 1945 sono invece ambientati i libri che formano la tetralogia Roma assassina (formata da Roma assassina, Carte in regola, La guerra non è finita e Spiaggia a mano armata), pubblicata in maniera sperimentale in formato digitale (eccezion fatta per Spiaggia a mano armata, che viene pubblicato anche in formato cartaceo) da Rizzoli nella collana “Rizzoli First”.

Nel 2015 ha pubblicato Cuore criminale (Golem), che si svolge negli stabilimenti di Cinecittà appena ristrutturati dopo la guerra. La vicenda è ambientata durante le riprese di Cuore (1948) di Duilio Coletti, tratto dall'omonimo, celebre libro di Edmondo De Amicis.

Nel 2016 è uscito il libro di Silvia Trovato e Tiziano Arrigoni Una vita per il cinema. L’avventurosa storia di Umberto Lenzi regista (Edizioni Bancarella, Piombino - LI), la prima biografia che racconta la sua vita politica, sociale e professionale. Un libro che ripercorre il vissuto del regista, da quando, negli anni Cinquanta, si affaccia al mondo culturale, fondando e gestendo il circolo cinematografico della sua città, dove riesce a portare autori quali Vasco Pratolini, Pietro Germi e Federico Rossellini, che sceglieranno Massa Marittima anche per proiettare le loro prime, fra cui Il ferroviere (1956) di Pietro Germi. Nella sua esperienza culturale giovanile, Lenzi incontra Carlo Cassola (Premio Strega 1960 con La ragazza di Bube - da cui, tre anni dopo, verrà tratto l’omonimo film di Luigi Comencini interpretato da Claudia Cardinale e George Chakiris) e Luciano Bianciardi, con i quali collabrerà alla fondazione di altri circoli cinematografici, partecipa alla scrittura di saggi ed alla protesta in seguito della strage mineraria di Ribolla (GR) del maggio 1954. In seguito la partenza per Roma, per frequentare il Centro Sperimentale di Cinematografia.