Apja, Rajk László az illegális kommunista mozgalom egyik vezetője, 1946 és 1949 között belügy-, majd külügyminiszter volt, akit saját elvtársai tartóztattak le és ítéltek koholt vádak alapján halálra. Anyját, Földi Juliannát bebörtönözték, alig négy hónapos fiát Kovács István néven egy budapesti gyermekotthonban helyezték el, ahonnan csak 1953 után kerülhetett vissza családjához. Az 1956-os forradalom bukása után anyjával és a Nagy Imre-csoporttal Romániába deportálták, ahol két évet töltött.
1972-ben szerzett diplomát a Budapesti Műszaki Egyetem Építészmérnöki Karán, közben részt vett Najmányi László performanszaiban és a Halász Péter vezette Kassák Stúdió produkcióiban. 1975–76-ban a montreali McGill Egyetemen tanult, ahol tudományos fokozatot szerzett. 1983-ban a franciaországi Károlyi Mihály Alapítvány, 1986-ban a New York-i Columbia Egyetem ösztöndíjas hallgatója volt. 1972–1977 között a Nontecton csoport tagjaként egy teoretikusan megalapozott építészeti rendszer kidolgozásában vett részt, elkötelezve magát az avantgard mellett. 1989-től a MAFILM látványtervezőjeként dolgozott, 1992-től a Színház- és Filmművészeti Egyetemen tanított filmépítészetet, 1995-től a Köztigon építészeti irodát vezette. 2002-ben a Brit Királyi Építészakadémia tagja lett.
Első, építészként megvalósult munkája a Fővárosi Hulladékhasznosítómű munkásszállója volt. A nyolcvanas években nem kaphatott megbízásokat, ezért építészeti elképzeléseit számos kiállításon, illetve tervpályázatokon mutatta meg. Keszthely rekonstrukciójának 1981-es pályázatán többek között Ekler Dezsővel, Gyarmathy Katalinnal, Konrád Györggyel, Nagy Bálinttal és Pikler Katalinnal adtak be közös tervet, amely politikai állásfoglalásként hatott, hiszen a 75 résztvevő a bevett várostervezési szokások ellenében állt fel – Rajk maga demonstráló építészetnek hívta ezt a helyzetet.
Az építészet társadalomformáló eszközként való kezelése későbbi pályázataiban is megmutatkozott. Konrád Györggyel többször dolgozott együtt, ezek a munkák Rajk erős szociológiai érdeklődését is jól mutatják. Egy 1978-ban publikált írásában az akadozó állami lakásépítés ellenében az állampolgár által tervezett és kivitelezett, úgynevezett önerős lakásépítés mellett állt ki. Később, már a rendszerváltozás után az ő tervei alapján épült egyebek között a Lehel Csarnok, részt vett a Corvin Mozi, a bécsi Collegium Hungaricum és a Moulin Rouge rekonstrukciójában. Az Auschwitz-Birkenauban megépült magyar állandó emlékkiállítás, illetve a Nagy Imre Emlékház rekonstrukciója és állandó kiállítása komoly szakmai elismeréseket hoztak számára.
1973-tól több mint 30 színpadi produkció és mintegy 40 magyar és nemzetközi film és kiállítás látványtervezője volt. Olyan híres filmalkotások látvány- és díszlettervezőjeként szerzett magának elismertséget, mint a Megáll az idő, a Tiszta Amerika, az Idő van, a Szédülés, a Zenedoboz, A londoni férfi. Ő volt Nemes Jeles László Oscar-díjas Saul fia és Napszállta című filmjeinek látványtervezője. Nevéhez fűződnek Török Ferenc 1945 című filmjének díszlettervei, egyik utolsó munkájaként Tóth Barnabás Akik maradtak című mozijának díszleteit tervezte.
Bachman Gáborral közösen tervezett építészeti installációja Nagy Imre és mártírtársainak 1989-es újratemetéséhez a rendszerváltozás egyik legfontosabb vizuális szimbólumává vált. Nevéhez fűződik a párizsi Pere Lachaise temetőben Nagy Imre és mártírtársainak szimbolikus síremléke. 2006-ban Veszprémben állították fel 1956-os emlékművét, de a kivitelezést arra hivatkozva, hogy a művész eltért az eredeti tervektől, leállították, majd az egészet lebontották.
A demokratikus ellenzéknek 1975-ben lett tagja, 1980-ban neve feketelistára került, csak névtelenül vagy álnéven dolgozhatott. 1981-ben az AB független lap- és könyvkiadó társalapítója volt, Galamb utcai lakásán működött 1983-as kilakoltatásáig a szamizdatokat terjesztő „Rajk butik”. Illegálisan készített és terjesztett kiadványt, plakátot, kitűzőt, ő tervezte a demokratikus ellenzék „de” logóját. 1985-ben meghiúsították, hogy induljon az országgyűlési választásokon. 1988-ban alapító tagja lett a Szabad Kezdeményezések Hálózatának, majd a Szabad Demokraták Szövetségének, utóbbinak tisztségviselője is volt. Nevéhez fűződik a párt első emblémájának tervezése, az 1990-es parlamenti választási kampányban reklámfilmeket és plakátokat tervezett. 1990-től volt az SZDSZ országgyűlési képviselője, mandátumáról 1996-ban lemondott, tiltakozásul a kormányszinten megjelenő korrupció ellen. 2002–2006 között a Fővárosi Közgyűlés, 2004-től a Magyar Televízió Közalapítvány kuratóriumának tagja volt.
1999-ben a Francia Köztársaság Nemzeti Érdemrendjének lovagja lett, 2005-ben a Magyar Köztársasági Érdemrend Középkeresztjét vehette át, 2007-ben a Pro Urbe Budapest díjjal tüntették ki. 2009-ben megkapta a Filmkritikusok díját Tarr Béla A londoni férfi című filmjéért, és Az év látványtervezőjévé választották. 2009-ben Kossuth-díjjal jutalmazták sokoldalú művészi – különösen építészeti – munkássága, számos film- és színházi produkcióban való tevőleges részvétele, látványtervezői tevékenysége elismeréseként. 2016-ban Ridley Scott Mentőexpedíció című alkotásában végzett munkájáért elnyerte az Amerikai Látványtervezők Céhének szakmai díját, ugyanebben az évben a Széchenyi Irodalmi és Művészeti Akadémia tagja lett.
Rajk László 2019. szeptember 11-én, életének 71. évében hunyt el.
A képen Rajk László építész, díszlettervező irodájában 2006-ban. Fotó: Diósi Imre / MTI
