Aprende a tocar el piano en Albuquerque y, tras conocer a Kenny Clarke, en 1945, se dedica profesionalmente al jazz, tocando primero con Hot Lips Page y, más tarde, nada menos que con la big band de Dizzy Gillespie (1946-1948), en sustitución de Thelonious Monk.

De vuelta a su tierra, tocará con Charlie Parker (1947-48), Illinois Jacquet (1948-49), Ella Fitzgerald (1040) y, finalmente, Miles Davis, con quien graba parte del disco "Birth of the cool", ese mismo 1949.

A partir de 1951, forma con éste, Ray Brown y Kenny Clarke, el Modern Jazz Quartet (MJQ), grupo con el que permanecerá hasta la década de 1990, aunque Brown fue sustituido muy tempranamente por Percy Heath y, en 1955, Clarke por Connie Kay.

Además, Lewis es considerado uno de los más reputados acompañante y músicos de sesión, grabando con Ben Webster, Charles Mingus, Clifford Brown, Coleman Hawkins, Stan Getz, Sonny Rollins, Albert Mangelsdorff, Hank Jones y muchos otros.

Su relación con la música clásica es más intensa en los primeros tiempos del MJQ, aunque se diluye paulatinamente en favor de un mayor swing, como se percibe claramente al comparar sucesivas versiones de su tema "Django" (dedicado a Django Reinhardt).