A zene szeretetét édesanyjától örökölte, aki szívesen ült le otthon a zongorához, az ő ösztönzésére kezdett tízévesen hegedülni. A hangszert csak évekkel később szerette meg, amikor tizenhét évesen egy beteg társa helyén „beugróként” egy Haydn-vonósnégyes második szólamát játszotta. Mivel a matematikához is volt vonzalma és tehetsége, mérnök apja példáját követve a Műegyetem gépészmérnöki karára iratkozott be, ám hamarosan a zeneszeretet kerekedett felül, és „átigazolt” a Zeneakadémiára. Mivel abban az évben brácsa szak nem indult, a zeneszerzés szakra iratkozott be (első művét kilencévesen komponálta), s még hallgatóként szervezett Bakonybélen kórust egy cserkészcsapat tagjaiból. Zeneakadémiai tanulmányait Siklós Albertnél kezdte, és 1925-ben Kodály Zoltán legendás osztályának tagjaként végzett, vizsgaműve egy vonósnégyes volt.
Diplomájának megszerzése után rövid ideig némafilmekhez adott hegedűkíséretet a moziban, és kottákat másolt. Zenepedagógiai munkáját egykori középiskolájában, az Attila utcai gimnáziumban kezdte, ahol saját módszert kifejlesztve – a tankönyvet mellőzve – népdalok és kánonok éneklésével próbálta a diákok érdeklődését felkelteni a muzsika iránt. Emellett vezette az első magyar oratóriumkórust, a Palestrina Kórust és a városmajori templom Cecília Kórusát, 1941-ben ezek egyesüléséből alakult a Budapest Kórus, 1942 és 1962 között a Mátyás-templom karnagya volt. Kórusaival korábban itthon nem énekelt zeneműveket (Josquin des Prez műveit, Honegger Dávid királyát, Sztravinszkij Zsoltárszimfóniáját), Liszt miséit, Kodály Budavári Te Deumját, valamint kortárs zeneműveket adtak elő.
1928-tól oktatott a Zeneakadémián, az 1949-ben megszüntetett egyházzenei szak tanszékvezetője volt, tanított a középiskolai énektanár és karvezető, a zenetudományi, a zeneszerző tanszakon, összhangzattant, magyar népzenét és kóruszenét, partitúraolvasást, kargyakorlatot és prozódiát, több tárgyat Magyarországon elsőként, saját maga által kidolgozott tananyag alapján. Az intézmény később díszdoktorává avatta.
Zeneszerzői, zenetudósi, zenepedagógusi és karnagyi „énjéből” az utolsót szerette legjobban, szívügyének tekintette a kóruskultúra fejlesztését. Miután vezénylés közben kétszer is infarktust kapott, 1962-ben e tevékenységtől, négy évvel később a tanítástól is visszavonult, zenetörténeti, stilisztikai, karvezetési és énekpedagógiai előadásokat azonban szinte élete végéig tartott országszerte.
1931-ben volt évfolyamtársával, Kertész Gyulával megalapították a Magyar Kórus Kiadót, amely kórusműveket, egyházi énekeket jelentetett meg, s ők adták ki Kodály első kórusműveit először egyenként, majd kötetben, továbbá Bartók Béla Egyneműkarok kötetét. Zenei folyóiratokat is indítottak, köztük a Magyar Kórust, amelyet Bárdos 1950-ig szerkesztett. Ő szervezte meg az országossá terebélyesedett Éneklő Ifjúság mozgalmat (az elnevezés feleségétől származott), először 1934-ben nyolc iskola énekelt együtt a Zeneakadémián. A versenyszerű minősítés helyett a zene szeretetét és az együtt éneklés örömét fontosnak tartó mozgalmat Kodály több művével is megajándékozta.
Bárdos Lajos mintegy 600 művet komponált; zeneszerzőként is elsősorban kórusműveket írt (ebbéli tevékenységében példaképének Palestrinát és Kodályt tekintette), köztük több magyar és latin nyelvű egyházi jellegűt, miséket és himnuszokat (egyik miséje zenei anyagát Liszt Koronázási miséje ihlette). Legnépszerűbb egyházi műve a Libera me, amelyet eredetileg Dienes Valéria mozgásszínházához írt, emellett feldolgozta költők verseit is. Zenetudományi munkásságát elméleti írások s elsősorban Bartók-, Kodály- és Liszt-tanulmányok jelentik. Utolsó műve Írások népzenénkről címmel posztumusz kiadványként jelent meg.
Munkásságát 1953-ban Erkel Ferenc-díjjal ismerték el, egy évvel később érdemes művészi címmel tüntették ki, 1955-ben Kossuth-díjat kapott, 1970-ben kiváló művész lett, 1984-ben Bartók–Pásztory-díjban, 1999-ben posztumusz Magyar Örökség díjban részesült. 1948-ban a Szent Gergely Lovagrend kitüntetését vehette át XII. Pius pápától. Feleségével tizenegy gyermeket neveltek fel.
Bárdos Lajos 1986. november 18-án halt meg Budapesten. Emlékét őrzi az 1987-ben alakult, róla elnevezett társaság, több iskola viseli nevét, a hazai kóruskultúra fontos eseménye a nevét viselő zenei hetek. 2002-ben egykori Margit körúti lakóházában múzeuma nyílt, 2018-ban avatták fel emléktábláját VII. kerületi, Damjanich utcai szülőháza falán. 2009-ben Ittzés Mihály zenepedagógus írt róla kismonográfiát, 2018-ban jelent meg Brückner Huba Egyenes úton – Bárdos Lajos élete című kötete. 2020-ban a Magyar Művészeti Akadémia közgyűlése posztumusz honoris causa címet adományozott részére. Fia, Daróci Bárdos Tamás Erkel Ferenc-díjas zeneszerző, karnagy 2019-ben halt meg.
