Lambert era filho de um alfaiate, Lukas Lambert, casado com Elisabeth Schmerber, em 1724. Ao longo de toda a sua infância, Lambert cresceu em circunstâncias pobres e teve que deixar a escola com apenas 12 anos, para poder ajudar o seu pai. No entanto, Lukas morreu em 1747, deixando Elisabeth viúva com cinco meninos e duas meninas. No seio destas circunstâncias difíceis, Lambert utilizou bem o pouco ensino que havia recebido, juntamente com alguma formação em francês e latim, continuando os seus estudos sem professor. Foi, em grande parte, um autodidata que começou bem jovem com investigações geométricas e astronómicas através de instrumentos projetados e construídos pelo próprio.

Trabalhou algum tempo como escriturário, secretário e editor. Depois, em 1748, começou a dar aulas como professor particular e utilizou esse estatuto para obter acesso a boas bibliotecas, que usou para aperfeiçoamento dos seus conhecimentos. Em 1759, Lambert decidiu renunciar ao seu cargo para se estabelecer em Augsburg (Alemanha). Em 1764, foi para Berlim e foi apenas quatro anos depois que Lambert publicou a obra que comprova que \(\pi\) é um número irracional. Em 1774, em Berlim, tornou-se editor do Astronomisches Jahrbuch oder Ephemeriden (Anuário de Astronomia e de Efemérides), um almanaque astronómico.

Entre as suas obras mais importantes encontram-se Photometria (1760; “Fotometria”); Die Theorie der Parallellinien (1766; “A teoria das linhas paralelas”), que contém resultados mais tarde incluídos na geometria não euclidiana; e Pyrometrie (1779; “Pirometria”). A principal obra filosófica de Lambert, Neues Organon (1764), contém uma análise de uma grande variedade de questões, entre elas a lógica formal, a probabilidade e os princípios da ciência. Lambert partilhava correspondência com Immanuel Kant (1724 – 1808), e foi dos primeiros a reconhecer que as nebulosas espirais eram galáxias em forma de disco, tal como a Via Láctea.

Lambert fez o primeiro desenvolvimento sistemático das funções hiperbólicas. É também responsável por muitas inovações no estudo do calor e da radiação. O último livro de Lambert, intitulado Pyrometrie (Berlim, 1779), abordou as questões da medição do calor. Na publicação, Lambert não tratou apenas dos fenómenos de irradiação, mas também da reflexão de calor, embora não tenha realizado demonstrações acerca deste último. Lambert também levou em consideração o efeito sensorial do calor no corpo humano e tentou fornecer-lhe uma formulação matemática. Apesar de ter morrido com apenas 49 anos, Lambert produziu e publicou mais de 150 trabalhos. Em homenagem a Lambert, foi criada uma unidade de medida (não S.I.) da luminância, o lambert – que corresponde a \(1/\pi \ \mbox{cd}\cdot \mbox{cm}^{–2}\).