Lionel Baier nasce nel 1975 a Losanna, in Svizzera, da una famiglia di origine polacca. Dall’età di 17 anni programma e co-gestisce il cinema Rex di Aubonne. A partire dal 2002, è inoltre responsabile del dipartimento di cinema dell’Ecole cantonale d’art de Lausanne (ECAL). Nel 2009 Baier fonda la casa di produzione Band à part Films assieme ai cineasti Ursula Meier, Frédéric Mermoud e Jean-Stéphane Bron. È vicepresidente del Consiglio di fondazione della Cineteca Svizzera (Cinémathèque Suisse), membro del comitato del Festival internazionale del cinema Visions du Réel di Nyon e di Suissimage.

Debutta alla regia nel 2000 con Celui au Pasteur (ma vision personnelle des choses), un documentario dedicato al padre, pastore nel Canton Vaud. L’anno seguente in La Parade (notre histoire) documenta il primo gay pride nel canton Vallese cattolico. Con questi due film, presentati a numerosi festival, si fa conoscere al grande pubblico, per poi passare alla finzione con Garçon stupide (2004) e Comme des voleurs (à l’Est) (2006). Il suo terzo lungometraggio di finzione, Un autre homme (2008), viene presentato nel concorso internazionale del Locarno Film Festival. Nel 2010 realizza Low Cost (Claude Jutra), filmato con un telefono cellulare. Nel 2011 realizza Bon Vent Claude Goretta e nel 2013 Les Grandes Ondes (à l’Ouest), entrambi proiettati al Locarno Film Festival. Il suo film, La Vanité (2015), viene presentato al Cannes Film Festival nel 2015 e nominato per Les Prix Lumières nel 2016.