
Lee Pace trascorre molti anni in Arabia Saudita, all'impresa petrolifera del padre, per poi trasferirsi a Houston. Si diploma alla scuola di recitazione di Alley Theatre e poi alla prestigiosa Juilliard School.
Dopo tanta esperienza teatrale, ottiene il primo ruolo importante al cinema nel film Soldier's Girl (2003): è Calpernia Addams/Scottie, una donna transgender che usciva con il soldato dell'esercito Barry Winchell (Troy Garity). Seguono svariati ruoli in svariati generi ma sarà la serialità a dargli la notorietà.
Nel 2004 inizia il sodalizio con Bryan Fuller: recita in un ruolo di supporto, come fratello della protagonista, nella sfortunata Wonderfalls per poi diventare protagonista assoluto di Pushing Daisies dal 2007 al 2009: in sole due stagioni la serie riesce ad ottenere svariati premi e nomination e lui e Anna Friel diventano una delle coppie più amate della tv. Dal 2014 al 2017 diventa il protagonista Joe MacMillan in Halt and Catch Fire, serie sulla rivoluzione dei personal computer negli anni '80, dove rimane per tutte e quattro le stagioni. Dal 2021 è tra i protagonisti di Fondazione, la serie Apple TV+ tratta dal Ciclo di Isaac Asimov e adattata da David S. Goyer: è Fratello Giorno, uno dei tre Imperatori Cloni, quello di mezzo.
Anche al cinema predilige le saghe: nel 2012 è Thranduil, Re degli Elfi e padre di Legolas in Lo Hobbit: un viaggio inaspettato; nello stesso anno è il vampiro Garrett nell'ultimo capitolo del franchise The Twilight Saga: Breaking Dawn - Parte 2; dal 2014 è Ronan l'accusatore nel Marvel Cinematic Universe, a partire dal film Guardiani della Galassia.
Fa coming out come queer nel 2018 e sposa Matthew Foley: i due hanno una figlia.
2008 Candidatura Miglior attore (Serie TV - Musical o commedia) per Pushing Daisies
2004 Candidatura Miglior attore non protagonistain serie (Miniserie o film per la tv) per Soldier's Girl
2008 Candidatura Miglior attore protagonista in una serie comica per Pushing Daisies
2008 Candidatura MIglior attore in una serie TV per Pushing Daisies
2008 Candidatura Miglior attore (Serie TV - Musical o commedia) per Pushing Daisies
2007 Candidatura Miglior attore (Serie TV - Musical o commedia) per Pushing Daisies
2003 Premio Miglior attore o attrice esordiente per Soldier's Girl
2019 Recitazione
2017 Recitazione
2015 Recitazione
2014 Recitazione
Lee Pace sarà uno degli interpreti del film Bodies, Bodies, Bodies, descritto come un film slasher con star Amandla Stenberg e Maria Bakalova.
La Fondazione è la nuova serie, destinata ad Apple TV+ ispirata alla trilogia di romanzi scritti da Isaac Asimov e tra le star ci saranno Lee Pace e Jared Harris.
Captain Marvel conterrà anche la storia delle origini di Ronan l'Accusatore, in un posto fa capolino anche una giovane Monica Rambeau.
Venezia 75 si chiude con Driven, film dedicato al creatore di auto da sogno John DeLorean. A presentare il film le star Lee Pace e Jason Sudeikis.
La produzione ha svelato che tra gli interpreti del cinecomic con protagonista Brie Larson ci saranno anche Clark Gregg e Lee Pace.