Kisiparos családban látta meg a napvilágot. 1921-ben kitüntetéssel érettségizett a gyarmati gimnáziumban, majd ez év őszén megkezdte felsőfokú tanulmányait a budapesti Tudományegyetem latin, görög, valamint török szakán mint az Eötvös Kollégium tagja. Keleti nyelvészettel már gimnáziumi évei alatt foglalkozni kezdett, az egyetemen pedig olyan tanároknál tanulhatott, mint Gombocz Zoltán, aki akkor került át a kolozsvári egyetem urál-altaji tanszékéről a pesti egyetem magyar nyelvtörténeti tanszékére; Németh Gyulánál hallgatott turkológiát, Melich Jánosnál szlavisztikát. Ligetire nagy hatással voltak Gombocz Zoltánnak a magyar nyelv honfoglalás előtti török jövevényszavairól tartott előadásai.1926-ban bölcsészdoktori oklevelet szerzett. 1925-28-ban a párizsi Sorbonne egyetemen és a Collége de France-on orientalisztikát tanult. Keleti tanulmányait a tibetista Jaques Bacot-nál, a sinológus Henri Masperónál és Paul Pelliot-nál folytassa. Pelliot volt az, aki figyelmét ráirányította a mongol nyelvtörténetre és a Belső-Ázsiára vonatkozó kínai forrásokra. Tőle tanulta meg azt a kutatási módszert, amelynek segítségével később a keletkutatás élvonalába került. 1928-31-ben az MTA támogatásával tanulmányúton járt Belső-Mongóliában, 1936-1937-ben Perzsiába és Afganisztánba utazott azzal a céllal, hogy archaikus mongol nyelveket fedezzen fel. Perzsiából perzsa és arab nyelvű kéziratokat hozott - köztük a magyar őstörténet számára oly fontos Ibn Fadlán művének fotográfiáját -, Afganisztánban pedig nyelvészeti anyagot gyűjtött a már kihaltnak hitt mongol nyelvről, valamint ottani török nyelvjárásokról. 1940-ben a Vallás- és Közoktatásügyi Minisztérium támogatásával tett hosszabb kutatóutat Japánban. Tokióban és Kiotóban az ottani belső-ázsiai anyagot tanulmányozta, mégpedig elsősorban az Európában ismeretlen japán nyelvű kiadványokat. Értékes gyűjteményt állított össze a japán könyvtárakban őrzött mongol, dzürcsi, tibeti és más kéziratokról. 1931-től a budapesti egyetemen Közép-Ázsia történetének megbízott előadója, 1932-től a mongol filológia magántanára, 1934-től adjunktus, 1939-től a keleti népek történetének nyilvános rendkívüli, 1940-50-ben nyilvános rendes tanára volt. 1939 és 1950 között a Kelet-ázsiai Intézet, 1941-45-ben a Magyarságtudományi Intézet igazgatója, 1950-72-ben a belső-ázsiai tanszék tanszékvezető egyetemi tanára, egyidejűleg 1942-61-ben a Kelet-ázsiai tanszék, 1964-71-ben a török filológiai tanszék vezetője, 1972-ig az MTA Altajisztikai Tanszéki Kutatócsoportjának vezetője. Az 1956. októberi forradalom idején megfosztották akadémiai tisztségeitől, a forradalom leverése után, 1956. november és 1957. januárja között az MTA ügyvezető alelnökségét látta el.
Fő kutatási területét az altáji nyelvek és az e nyelveket beszélő népek története, szellemi és anyagi műveltsége jelentette, de foglalkozott sinológiával és tibeti filológiával is. A belső-ázsiai népek története és kultúrája, a mongol, a török és mandzsu-tunguz filológia területén végzett kutatásaival nemzetközi elismerést szerzett. Igen jelentős eredményeket ért el a magyar nyelv korai török jövevényszavainak kutatásában. A régi Belső-Ázsia megismerését alapvetőnek tartotta a magyar őstörténet szempontjából. Pár év múlva vállalkozott rá, hogy az addigi ismereteket megossza az érdeklődő magyar olvasókkal. Az ismeretlen Belső-Ázsia című 1940-ben napvilágot látott könyvében tudományos igényességgel, de olvasmányos stílusban beszélte el a Belső-Ázsiában járt expedíciók történetét, az ott felfedezett források által megrajzolható történeti, vallástörténeti képet, s nem mulasztotta el felrajzolni a magyar őstörténet és a térség kapcsolatát sem. A magyar őstörténet megismerése szempontjából elengedhetetlennek tartotta a kutatások kiterjesztését a belső-ázsiai térségre. Turkológiai érdeklődésének középpontjában azonban a magyar nyelv régi török jövevényszavainak kutatása állt. Magyar vonatkozású turkológiai cikkei két gyűjteményes kötetben jelentek meg 1977-ben és 1979-ben (A magyar nyelv török kapcsolatai és ami körülöttük van), majd 1986-ban elkészült kutatásainak összefoglalása, A magyar nyelv török kapcsolatai a honfoglalás előtt és az Árpád-korban című műve. Ebben a nagyszabású munkában alapos vizsgálatnak vetette alá török jövevényszavainkat mind turkológiai, mind pedig magyar nyelvészeti szempontból és több, az őstörténet kutatása számára fontos következtetésre jutott.
A nemzetközi tudomány elsősorban mongolistaként tartja számon, mivel legtöbb idegen nyelvű publikációja e témakörben jelent meg. A mongolisztika vélhetően azért kapott fontos szerepet nála, mert a magyar nyelv török jövevényszavai kutatásának már komoly hagyományai voltak a Németh Gyula vezette Török Filológiai Tanszéken, viszont a törökkel rokonnak tartott - és annak történetéhez sok adalékot nyújtó - mongol és mandzsu nyelvekről viszonylag keveset tudott a tudományos világ. Az ómongol (vagyis a Dzsingisz-kor előtti mongol nyelvállapot) és annak közvetett forrásai, a kitaj jövevényszavakat is megőrző mandzsu-tunguz nyelv, a dzsürcsi kutatása mellett komoly figyelmet szentelt a középmongol és a preklasszikus irodalmi nyelv kérdéseinek. Számos 13-16. századi mongol nyelvemléket adott ki tanítványaival együtt a Mongol Nyelvemléktár 14 kötetében. Ezek a szövegek javított és bővített változatban, francia előszókkal és magyarázatokkal újból megjelentek a Monumenta Linguae Mongolicae Collecta sorozatban. Az 1970-ben indult Indices Verborum Linguae Mongolicae Monumentis Traditorum sorozat kötetei pedig e szövegek szókészleti anyagának mutatóit tartalmazták. A Monumenta sorozat első köteteként jelent meg a kínai átírásban fennmaradt Mongolok titkos története mongol szövege. Később kiadásra került a szöveg ujgur írásos változata is. Magyar nyelvű fordítása is nevéhez fűződik: 1962-ben jelent meg bőséges jegyzetanyaggal a Dzsingisz kán életét, a mongol világbirodalom kialakulásának történetét elbeszélő forrásmű.
Vezetésével dolgozták ki a keleti nevek magyar átírását. Fontos feladatnak tartotta az orientalisták publikációs lehetőséghez juttatását. A Kőrösi Csoma Társaság megbízásából 1938-tól kezdve ő szerkesztette a Bibliotheca Orientalis Hungarica sorozatot, 1950-ben az ő szerkesztésében indult el az Akadémia orientalisztikai folyóirata, az Acta Orientalia Hungarica, 1966-ban pedig ? Tőkei Ferenccel, Ecsedy Ildikóval - a Kőrösi Csoma Kiskönyvtár című monográfiasorozat. Kezdeményezésére indult meg 1973-ban a Keletkutatás című magyar nyelvű tudományos folyóirat kiadása is.
A Magyar Tudományos Akadémia 1936. május 14-én levelező, 1947. június 6-án rendes tagjává választotta. Török jövevényszavaink rétegei című székfoglaló előadása 1937. november 29-én, A XIII. századi kínai nyelv történetének főbb kérdései című 1947. december 1-jén hangzott el. 1949. november 29. - 1970. február 5. között az alelnöki tisztséget látta el. 1968-tól a Körösi Csoma Társaság elnöke, majd tiszteleti elnöke. A Nemzetközi Magyar Filológiai Társaság tiszteleti tagja. 1938-tól a helsinki Finnugor Társaság levelező, 1957-től a Türk Dil Kurumu tiszteleti, 1961-től a Mongol Tudományos Akadémia rendes, 1965-től a Szász Tudományos Akadémia külföldi, és a párizsi Société Asiatique tiszteleti, 1967-től az Académie des Inscriptions et Belles Lettres külföldi levelező és a londoni Royal Asiatic Society tiszteleti, 1973-tól az American Oriental Society tiszteleti tagja volt. A Türk Tarih Kurumu, az International Association of Buddhist Studies tiszteleti, a Finn Tudományos Akadémia külső tagjává választotta. 1970-től az Állandó Nemzetközi Mongolista Bizottság alelnökségét látta el. A budapesti egyetem 1982-ben, a szegedi egyetem 1984-ben avatta díszdoktorává. A Magyar-Szovjet Baráti Társaság alelnökévé választotta. 1949-ben Kossuth-díjat, 1967-ben Akadémiai Aranyéremben részesült.
Fő művei: Die Ahnentafel Attilas und die hunnischen Tan-hu-Namen. Asia Major [Leipzig], 1925.; Die Herkunft des Volksnamens Kirgis. Kőrösi Csoma-Archivum, 1921?1925.; Attila családfája. Bp., 1927.; Les noms mongols de Wen-tsong des Yuan. T?oung Pao, 1930.; A mandzsuriai kérdés. Magyar Szemle, 1932.; A magyarság keleti kapcsolatai. Bp., 1932.; Rapport préliminaire d'un voyage d'éxploration fait en Mongolie Chirioise 1928-1931. Bp., 1933., reprint kiad. 1977.; Sárga istenek, sárga emberek. Bp., 1934., új kiad. 1988.; Kína. Múlt és jelen. Bp., 1935.; Mongolos jövevényszavaink kérdése. Nyelvtudományi Közlemények, 1935.; Afgán földön. Bp., 1938.; Az ismeretlen Belső-Ázsia. Bp., 1940., törökül Ankara, 1986.; Attila hunjainak eredete. - Az ázsiai hunok. In: Attila és hunjai. Szerk. Németh Gyula. Bp., 1940., reprint kiad. 1986., 1996.; A kínai-átírásos barbár nyelvi glosszák kérdése. Nyelvtudományi Közlemények, 1941.; Catalogue de Kanjur mongol imprimé. Bp., 1942-44.; A magyarság őstörténete. Többekkel. Szerk. Bp., 1943., reprint kiad. 1986.; Bilinmiyen Ig-Asya. Istanbul, 1946.; Egy XII. századi mandzsu-tunguz írás. A 'kis' dzsürcsi írás értelmezése. Bp., 1948.; A mongolok titkos története. Bev. ford., jegyz. Bp., 1962.; A magyar nyelv török kapcsolatai és ami körülöttük van. I-II. Bp., 1977-79.; Zoltán Gombocz als Turkologe. Annales Universitatis Scientiarum Budapestiensis de Rolando Eötvös nominatae, Sectio Linguistica, 1979.; A Codex Cumanicus margójára. MTA Nyelv- és Irodalomtudományi Osztályának Közleményei, 1982.; A Codex Cumanicus mai kérdései. Bp., 1985.; Levédia és Etelköz. Magyar Nyelv, 1985.; A magyar nyelv török kapcsolatai a honfoglalás előtt és az Árpád-korban. Bp., 1986.
Róla szóló irodalom: Bárczi Géza, Ligeti Lajos hatvanadik születési évfordulójához. Magyar Nyelv, 1962.; Benkő Loránd: A nyolcvanéves Ligeti Lajos köszöntése. Magyar Nyelv, 1983.; Kara György: Ligeti Lajos. Magyar Tudomány, 1987.; Róna-Tas András: Ligeti Lajos. Keletkutatás, 1987.; Schütz Ödön: Ligeti Lajos, 1902-1987. Magyar Nyelv, 1988.; Zimonyi István: Ligeti Lajos magyar őstörténet-koncepciója. Századok 1988.; Sárközi Alice: Ligeti Lajos 90 éve született. Balassagyarmati Honismereti Híradó, 1992.
