Koen Lenaerts urodził się w 1954 r. w Mortsel w Belgii. W 1977 r. uzyskał dyplom ukończenia studiów prawniczych na niderlandzkojęzycznym katolickim uniwersytecie w Lowanium (Katholieke Universiteit Leuven, Belgia), a następnie kontynuował studia na uniwersytecie Harvarda (Harvard University, USA). W Lowanium uzyskał w 1982 r. tytuł doktora prawa. Na tym uniwersytecie rozpoczął też w 1979 r. pracę zawodową jako asystent, a następnie, od 1983 r., jako profesor prawa europejskiego. W trakcie swojej kariery akademickiej wykładał również w Kolegium Europejskim w Brugii (Belgia) w latach 1984-1989 oraz na wydziale prawa Harvardu (Harvard Law School, USA).
Pracę w Trybunale Sprawiedliwości Lenaerts rozpoczął jako referendarz sędziego Renego Jolieta i pełnił tę funkcję w latach 1984-1985, a następnie w latach 1986-1989 praktykował jako członek palestry w Brukseli. Został mianowany sędzią Sądu Pierwszej Instancji Wspólnot Europejskich w dniu 25 września 1989 r., czyli dniu rozpoczęcia działalności przez ten nowo utworzony sąd. W Sądzie Pierwszej Instancji zasiadał przez ponad czternaście lat, po czym 7 października 2003 r. został mianowany sędzią Trybunału Sprawiedliwości. Został wybrany przez grono sędziów Trybunału na prezesa izby na dwie kolejne kadencje, trwające od 9 października 2006 r. do 8 października 2012 r., a następnie w dniu 9 października 2012 r. – na wiceprezesa Trybunału Sprawiedliwości. 8 października 2015 r. został wybrany na prezesa Trybunału Sprawiedliwości i od tego czasu piastuje to stanowisko.