Fils de Chrétien de Lamoignon, président à mortier du parlement de Paris, et de Marie des Landes. Il épousa Madeleine Potier de Blancmesnil, fille de Nicolas IV Potier de Novion.
Frondeur pendant la Fronde parlementaire, il se rallia ensuite à la régence. Il est nommé conseiller au parlement le 14 décembre 1635, maître des requêtes le 15 décembre 1644, président des États de Bretagne en 1655, et premier président du Parlement de Paris, poste qu’il reçut de Mazarin pour succéder à Pomponne de Bellièvre, le 2 octobre 1658, et qu’il tint jusqu’à sa mort. Il présida avec impartialité au procès de Fouquet.
On a de lui un ouvrage connu sous le titre d’Arrêtés de Lamoignon, publié en 1702, où il y ébauche un vaste plan qu’il avait conçu pour la reforme de la législation.
Membre de la Compagnie du Saint-Sacrement, il fut l’ami et le protecteur des gens de lettres. Il était surtout lié avec Boileau, et c’est à sa demande que ce poète composa le Lutrin.
Il a donné son nom à l’hôtel de la rue Pavée, occupé aujourd’hui par la Bibliothèque historique de la ville de Paris.