Lee Pace, Oklahoma’da öğretmen bir anne ve petrol mühendisi bir babanın çocuğu olarak dünyaya geldi. Babasının mesleği nedeniyle çocukluğunun bir bölümünü Suudi Arabistan, Kuveyt ve Bahreyn’de geçirdi. Ailesiyle ABD’ye döndükten sonra Teksas’a yerleşti. Lise yıllarında başarılı bir yüzücü olan Pace, geçirdiği kulak rahatsızlığı nedeniyle yüzmeyi bırakınca oyunculuğa yöneldi. Bu dönemde gelecekte oyuncu olacak Matt Bomer ile aynı okulda eğitim gördü. Houston’daki Alley Theatre’da sahne alabilmek için eğitimine ara verdi ve ardından Juilliard School’un Drama Bölümü’ne kabul edilerek buradan mezun oldu.

Juilliard eğitiminin ardından New York’ta tiyatro kariyerine başlayan Pace, Small Tragedy oyunundaki performansıyla Obie Ödülü’nü kazandı. Sinemadaki ilk büyük çıkışını, 2003 yapımı Soldier’s Girl filminde trans bir gece kulübü çalışanını canlandırarak yaptı. Rolüyle Altın Küre ve Independent Spirit Ödülleri’ne aday gösterildi. 2006 yılında Tarsem Singh’in yönettiği The Fall (Düşüş) filminde, hastanede yatan dublör Roy Walker karakterine hayat verdi. Performansı, oyuncunun uluslararası alanda daha fazla tanınmasını sağladı.

Televizyon kariyerinde Pushing Daisies (2007-2009) dizisinde ölüleri dokunarak yeniden hayata döndürebilen turta ustası Ned karakterini canlandırdı ve bu rolle Emmy Ödülü’ne aday gösterildi. Ardından Halt and Catch Fire (2014-2017) dizisinde hırslı ve vizyoner teknoloji yöneticisi Joe MacMillan rolünü üstlendi. Isaac Asimov’un eserlerinden uyarlanan Foundation (2021-) dizisinde ise galaksiyi yöneten genetik klon imparatorlardan Brother Day karakterini canlandırdı. Pace, sinema kariyerinde büyük bütçeli yapımlardaki rolleriyle de dikkat çekti. The Hobbit üçlemesinde Orman Elfleri’nin kralı Thranduil’i canlandırdı. Marvel Sinematik Evreni’nde ise Guardians of the Galaxy (Galaksinin Koruyucuları, 2014) ve Captain Marvel (2019) filmlerinde Kree savaşçısı Ronan the Accuser rolüyle yer aldı. 2025 yapımı The Running Man filminde de Evan McCone karakterini canlandırdı.

Özel hayatında Pace, 2018 yılından itibaren moda sektöründe çalışan Matthew Foley ile birliktedir ve çift evlidir. Oyuncu, New York’un kırsal kesimindeki çiftliğinde doğayla iç içe bir yaşam sürmektedir. Çevreye duyarlılığıyla bilinen Pace, doğa sporlarına ve hava dalışına da ilgi duymaktadır. Tiyatrodan bağımsız sinemaya, televizyon dizilerinden büyük bütçeli fantastik yapımlara uzanan kariyeriyle farklı türlerdeki performanslarını başarıyla sürdürmektedir.