John Lithgow wurde 1945 als eines von vier Kindern der Schauspielerin Sarah Jane Lithgow (geborene Price; 1917–2012) und des Theaterregisseurs und Produzenten Arthur Lithgow (1915–2004) in Rochester geboren.[1][2] 1961 zog die Familie nach Princeton, wo der Vater Theaterdirektor wurde. John Lithgow studierte an der Harvard-Universität und an der London Academy of Music and Dramatic Art.
1972 gab Lithgow sein Schauspieldebüt im Spielfilm Heißer Stoff für Boston. In den folgenden Jahren spielte er vorwiegend am Theater und trat am Broadway und Off-Broadway auf. Seine Rolle im Stück The Changing Room wurde 1973 mit einem Tony Award als Bester Nebendarsteller und einem Drama Desk Award für die Beste Schauspielleistung ausgezeichnet.
Die Rolle des Dick Solomon in der Fernsehserie Hinterm Mond gleich links brachte Lithgow in den Jahren 1996 bis 2001 sechs Nominierungen für den Emmy Award ein, den er 1996, 1997 und 1999 auch gewann. 1997 wurde er für die gleiche Rolle auch mit einem Golden Globe ausgezeichnet.
2009 war er in der vierten Staffel der Fernsehserie Dexter als serienmordender „Trinity Killer“ zu sehen. Diese Darstellung brachte ihm 2010 einen weiteren Emmy und einen weiteren Golden Globe ein. Ebenfalls 2010 wurde er in die American Academy of Arts and Sciences gewählt. Es folgten profilierte Nebenrollen in Filmen wie Planet der Affen: Prevolution (2011), Immer Ärger mit 40 (2012), Interstellar (2014) und The Accountant (2016). Von 2011 bis 2014 trat Lithgow außerdem gelegentlich in der Comedyserie How I Met Your Mother als Barney Stinsons Vater Jerry auf.
Neben seiner Arbeit als Schauspieler veröffentlichte Lithgow zahlreiche Bücher, darunter mehrere Kinderbücher wie The Remarkable Farkle McBride, Marsupial Sue, Micawber, I'm a Manatee, Carnival of the Animals, Marsupial Sue presents The Runaway Pancake und The Tale of Mahalia Mouse. 1999 veröffentlichte er mit Singin' in the Bathtub sein erstes Album mit Kinderliedern. 2002 folgte das zweite Album Farkle and Friends, das als Begleitmusik zum Kinderbuch The Remarkable Farkle McBride angelegt war. 2006 erschien auf dem Label Razor & Tie Lithgows drittes Kinderlieder-Album The Sunny Side of the Street.
Lithgow war von 1966 bis 1980 mit der Lehrerin Jean Taynton verheiratet.[4] Aus der Ehe ging der Sohn Ian Lithgow (* 1972) hervor, der ebenfalls als Schauspieler tätig ist. In zweiter Ehe ist Lithgow seit 1981 mit der Geschichtsprofessorin Mary Yeager verheiratet. Aus dieser Ehe gingen ein weiterer Sohn und eine Tochter hervor.
1972: Heißer Stoff für Boston (Dealing: Or the Berkeley-to-Boston Fourty-Brick Lost-Bag Blues)
1975: Trelawny of the „Wells“ (Vivian Beaumont Theatre, New York City)
1976: A Memory of Two Mondays / 27 Wagons Full of Cotton (Playhouse Theatre, New York City)
1976: Secret Service (Playhouse Theatre, New York City)
1976–1977: Comedians (Music Box Theatre, New York City)
1977: Anna Christie (Imperial Theatre, New York City)
1978: Once in a Lifetime (Circle in the Square Theatre, New York City)
1979: Spokesong (Circle in the Square Theatre, New York City)
1979: Bedroom Farce (Brooks Atkinson Theatre, New York City)
1980: Salt Lake City Skyline (Joseph Papp Public Theater/ Anspacher Theater, New York City)
1980: Division Street (Ambassador Theatre, New York City)
1981–1982: Kaufman at Large (Marymount Manhattan Theatre, New York City)
1982: Beyond Therapy (Brooks Atkinson Theatre, New York City)
1985: Requiem for a Heavyweight (Martin Beck Theatre, New York City)
1986–1987: The Front Page (Vivian Beaumont Theatre, New York City)
1988: M. Butterfly (Eugene O’Neill Theatre, New York City)
2002: Sweet Smell of Success (Martin Beck Theatre, New York City)
2003: The Play What I Wrote (Lyceum Theatre, New York City)
2003–2004: The Retreat From Moscow (Booth Theatre, New York City)
2005–2006: Dirty Rotten Scoundrels (Imperial Theatre, New York City)
2008–2009: All My Sons (Gerald Schoenfeld Theatre, New York City)
2010: Mr. & Mrs. Fitch (Second Stage Theatre, New York City)
2012: The Columnist (Samuel J. Friedman Theatre, New York City)
2014: King Lear (Delacorte Theater, New York City)
2014–2015: A Delicate Balance (John Golden Theatre, New York City)
2018: John Lithgow: Stories By Heart (American Airlines Theatre, New York City)
2019: Hillary and Clinton (John Golden Theatre, New York City)
Regie
1976: Boy Meets Girl (Playhouse Theatre, New York City)
1981–1982: Kaufman at Large (Marymount Manhattan Theatre, New York City)
The Remarkable Farkle McBride. 1999, Simon & Schuster, New York, ISBN 978-0-689-83340-3.
Marsupial Sue. 2001, Simon & Schuster Books for Young Readers, New York, ISBN 978-0-689-84394-5.
Micawber. 2002, Simon & Schuster Books for Young Readers, New York, ISBN 978-0-689-83341-0.
I'm a Manatee. 2003, Simon & Schuster Books for Young Readers, New York, ISBN 978-0-689-85427-9.
A Lithgow Palooza. 2004, Fireside, New York.
Carnival of the Animals. 2004, Simon & Schuster Books for Young Readers, New York, ISBN 978-0-689-86721-7.
Lithgow Party Paloozas!: 52 Unexpected Ways to Make a Birthday, Holiday, or Any Day a Celebration for Kids. 2005, Simon & Schuster, New York, ISBN 978-0-7432-7088-5.
Marsupial Sue presents The Runaway Pancake. 2005, Simon & Schuster Books for Young Readers, New York.
The Tale of Mahalia Mouse. 2007, Simon & Schuster Books for Young Readers, New York, ISBN 978-1-4169-2715-0.
Mahalia Mouse Goes to College. 2007, Simon & Schuster Books for Young Readers, New York, ISBN 978-1-4169-2715-0.
The Poets' Corner: The One and Only Poetry Book for the Whole Family. 2007, Grand Central, New York, ISBN 978-0-446-58002-1.
I Got Two Dogs. 2008, Simon & Schuster Books for Young Readers, New York, ISBN 978-1-4169-5881-9.