Il est issu d'une famille où les questions sociales et religieuses occupent une place importante; son père est pasteur luthérien et sa mère s'investit dans des oeuvres caritatives, ce qui l'expose très tôt aux réalités des inégalités et aux débats sur la justice sociale. Il grandit dans un environnement protestant modéré, mais développe progressivement un regard critique sur les institutions religieuses, tout en conservant un intérêt profond pour les valeurs morales et leur traduction dans les structures sociales.

Il commence ses études supérieures à l'université Yale, où il obtient une licence en sociologie en 1947, après avoir servi brièvement dans l'armée américaine pendant la Seconde Guerre mondiale, une expérience qui le confronte à la diversité des origines sociales et renforce son désir de comprendre les mécanismes qui produisent les hiérarchies humaines. Il poursuit ensuite à l'université Columbia, où il travaille sous la direction de Robert K. Merton et de Paul Lazarsfeld, deux figures majeures de la sociologie américaine de l'époque; c'est là qu'il acquiert une rigueur méthodologique et un goût pour l'analyse empirique qui marqueront toute son oeuvre.

En 1950, il soutient sa thèse de doctorat, qui porte sur les attitudes religieuses et leurs variations selon les groupes sociaux, et il rejoint immédiatement le corps enseignant de l'université du Michigan à Ann Arbor. Il y reste plusieurs années et y mène une série d'enquêtes sur la stratification sociale, la mobilité et les valeurs, tout en publiant ses premiers articles importants dans des revues comme American Sociological Review. C'est également à cette période qu'il commence à s'intéresser de manière systématique à la comparaison entre sociétés humaines de différents niveaux de développement technologique, une orientation qui le distingue de nombreux collègues américains alors concentrés sur la seule société industrielle.

En 1961, Lenski publie The Religious Factor, un livre issu de ses recherches sur l'influence de l'appartenance religieuse sur les comportements économiques, familiaux et politiques dans la région de Detroit. Cet ouvrage montre que la religion structure concrètement les chances de vie, les choix de fécondité, les attitudes face au travail et même les opinions politiques, et il rencontre un large écho dans le débat public américain sur le pluralisme religieux. La même année, il quitte le Michigan pour l'université de Caroline du Nord à Chapel Hill, où il devient professeur de sociologie et commence à rédiger ce qui deviendra son oeuvre maîtresse.

En 1966 paraît Power and Privilege : A Theory of Social Stratification, dans lequel Lenski propose une théorie générale des inégalités sociales qui ne se limite pas aux sociétés modernes mais embrasse l'ensemble de l'histoire humaine, depuis les chasseurs-cueilleurs jusqu'aux États industriels avancés. Il y développe l'idée que la distribution des richesses, du pouvoir et du prestige dépend avant tout du surplus économique produit par une société : plus ce surplus est important, plus les inégalités peuvent s'accroître, car une minorité peut alors s'approprier les ressources sans menacer la survie du groupe. Il montre aussi que dans les sociétés de chasse et de cueillette, où le surplus est quasi inexistant, les inégalités sont faibles et le partage est largement imposé par la nécessité, tandis que dans les sociétés agraires avancées, les écarts entre élites et masses deviennent extrêmes. Cette approche, qu'il qualifie lui-même d'évolutionniste et d'écologique, s'oppose à la fois aux théories fonctionnalistes qui voient dans la stratification une simple récompense du mérite et aux théories purement conflictuelles qui ne retiennent que la domination; Lenski insiste sur l'interaction entre production, technologie, démographie, pouvoir et idéologie.

Dans les années qui suivent, il approfondit cette perspective en travaillant avec son épouse Jean Lenski, elle-même sociologue, à l'élaboration d'un manuel devenu classique, Human Societies : An Introduction to Macrosociology, dont la première édition paraît en 1970. Ce livre adopte une démarche résolument comparative et transhistorique. Les auteurs classent les sociétés selon leur base technologique et économique  (chasse et cueillette, horticulture simple, horticulture avancée, agriculture, industrie) et décrivent pour chaque type les institutions politiques, familiales, religieuses et économiques correspondantes. L'ouvrage connaît de nombreuses rééditions et traductions, et il forme des générations d'étudiants à penser les sociétés comme des totalités dynamiques plutôt que comme de simples agrégats d'individus.

Lenski s'intéresse également aux transformations du monde contemporain et, à partir des années 1970, il consacre une partie de ses recherches à l'analyse des inégalités dans les sociétés industrielles avancées. Il observe que, contrairement aux prédictions marxistes ou libérales, les inégalités dans les pays riches n'ont pas suivi une trajectoire unique : elles ont fortement diminué pendant la première moitié du XX^e siècle, notamment sous l'effet des guerres, des crises, de la montée des syndicats et de l'État-providence, puis elles ont recommencé à augmenter dans les années 1980 et 1990 avec la mondialisation, la financiarisation et l'affaiblissement des protections sociales. Il y voit une confirmation de sa thèse centrale : la stratification n'est pas un phénomène naturel ou immuable, mais le produit toujours provisoire de rapports de force et de conditions technologiques et démographiques changeantes.

Au cours de sa carrière, Gerhard Lenski occupe plusieurs fonctions importantes dans la communauté sociologique américaine, notamment à l'American Sociological Association, dont il est vice-président en 1975 et président en 1978. Dans ses discours et interventions, il plaide pour une sociologie qui ne se contente pas de décrire les faits sociaux mais qui s'efforce d'en expliquer les causes profondes, en reliant le niveau microsocial des interactions quotidiennes au niveau macrosocial des structures économiques et politiques. Il défend aussi l'idée que la sociologie doit rester une science empirique, fondée sur l'observation comparative et la mesure, tout en reconnaissant que les valeurs du chercheur influencent inévitablement le choix des objets et l'interprétation des résultats.

À partir des années 1980, il élargit encore son cadre d'analyse en s'intéressant aux interactions entre sociétés humaines et environnement naturel, et il intègre de plus en plus les données de l'archéologie, de l'anthropologie et de l'histoire dans ses travaux. Il insiste sur le fait que les sociétés sont des populations en relation constante avec leur écosystème, et que les limites écologiques, la croissance démographique et les innovations techniques sont des variables fondamentales pour comprendre l'évolution des inégalités. Cette orientation le rapproche de certains courants de la sociologie environnementale et de l'histoire globale, même s'il reste attaché à une conception clairement matérialiste et évolutionniste du changement social.

Après avoir pris sa retraite de l'université de Caroline du Nord en 1992, il continue de publier, de réviser ses manuels et de participer à des colloques internationaux. Il reçoit plusieurs distinctions, dont le Career of Distinguished Scholarship Award de l'American Sociological Association en 2002, qui récompense l'ensemble de son oeuvre. Ses travaux sur la stratification et l'évolution socioculturelle sont traduits dans de nombreuses langues et continuent d'être cités dans les débats sur les inégalités mondiales, la transition démographique, l'histoire comparée des institutions ou encore la soutenabilité écologique.