Lance Edward Gunderson wurde am 18. September 1971 in Plano geboren und wuchs in dem Vorort von Dallas/Texas auf. Als er zwei Jahre alt war, verließ der Vater Eddie Charles Gunderson die Familie, und im Jahr darauf heiratete seine Mutter Linda Gayle (geb. Mooneyham) einen Mann namens Terry Armstrong, der seinen Stiefsohn adoptierte.

Im Alter von 13 Jahren begann Lance Armstrong eine Karriere als Triathlet. 1991 gewann er den Meistertitel in den USA. Danach wechselte er zum Radrennen und wurde am 8. August 1992 ins Team Motorola Profi aufgenommen. Bei seiner ersten Teilnahme an der Tour de France im Jahr 1993 gewann er zwar eine Etappe, gab jedoch vorzeitig auf. Zwei Jahre später schaffte er die gesamte Tour.

Kurz bevor Lance Armstrong einen Vertrag der Équipe Cofidis bekommen hätte, diagnostizierten die Ärzte am 2. Oktober 1996 bei ihm Hodenkrebs. Metastasen hatten sich bereits im Gehirn, in der Lunge und im Bauchraum gebildet. Die Krebserkrankung konnte mit zwei Operationen und einer Chemotherapie erfolgreich behandelt werden.

1997 gründete Lance Armstrong eine nach ihm benannte (später in Livestrong Foundation umgetaufte) Stiftung zum Kampf gegen Krebs und zur Unterstützung Krebskranker.

Trotz seiner Hodenerkrankung bekam Kristin Richard, die von 1997 bis 2004 mit ihm verheiratet war, drei Kinder. Sie wurden künstlich gezeugt.

Nach seiner Genesung unterschrieb Lance Armstrong einen Vertrag beim Team US Postal Service. Im Herbst 1998 kam er bei der Vuelta a España auf den vierten Platz. Im Jahr darauf gewann Lance Armstrong nicht nur vier Etappen der Tour de France, sondern ging auch als Gesamtsieger daraus hervor.

Unter dem Titel „It’s Not About the Bike. My Journey Back to Life“ erschien 2000 seine von Sally Jenkings geschriebene Autobiografie („Tour des Lebens. Wie ich den Krebs besiegte“).

Jacques Anquetil, Eddy Merckx, Bernard Hinault und Miguel Induráin hatten die Tour de France jeweils fünfmal in Folge gewonnen. Lance Armstrong überbot sie 2004 mit seinem sechsten und 2005 mit seinem siebten Tour-Sieg in Folge. Damit verabschiedete er sich zunächst vom Profiradsport, aber im Herbst 2008 kündigte er sein Comeback an. Bei der Tour de France des Jahres 2009 musste er sich mit einem dritten Platz abfinden. Sein spanischer Teamkollege Alberto Contador war 5.24 Minuten schneller als er. Beim nächsten Versuch schaffte es Lance Armstrong lediglich auf Platz 23.

Enttäuscht kehrte er zum Triathlon zurück und kam bei der Xterra-Weltmeisterschaft im Cross-Triathlon am 23. Oktober 2011 auf Platz 23. Für das folgende Jahr plante er seine Teilnahme am Ironman France, und sein Ziel war die Ironman-Weltmeisterschaft auf Hawaii. Aber daraus wurde nichts mehr.

2000 musste Lance Armstrong zugeben, dass er sich seit 1995 von dem italienischen Sportarzt Michele Ferrari beraten ließ, gegen den Doping-Vorwürfe kursierten („Dottore EPO“), und der später überführt wurde. Die französische Sporttageszeitung L’Équipe behauptete 2005, dass in sechs Urinproben von Lance Armstrong aus dem Jahr 1999 mit inzwischen verbesserten Testmethoden das Dopingmittel EPO (Erythropoetin) nachgewiesen worden sei.

Floyd Landis, der die Tour de France 2006 gewonnen und davor zu Lance Armstrongs Team gehört hatte, wurde 2010 der Titel wegen Dopings aberkannt. Daraufhin gab er zu, systematisch gedopt zu haben und sagte auch gegen Lance Armstrong aus, der am 13. Juni 2012 offiziell von der Antidoping-Agentur der USA angeklagt und auch für Triathlon-Wettkämpfe gesperrt wurde.

Der Beschuldigte beteuerte öffentlich, niemals gedopt zu haben, aber die USADA sah es als erwiesen an und aberkannte Lance Armstrong am 24. August 2012 alle Wettkampfergebnisse ab dem 1. August 1998. Sponsoren wie Nike kündigten ihre Werbeverträge mit Lance Armstrong, mehr als ein Dutzend ehemaliger Teamkollegen sagten gegen ihn aus, und nach jahrelangen Ermittlungen kam die USADA zu dem Schluss, er habe „the most sophisticated, professionalized and successful doping program that sport has ever seen“ betrieben. Die Union Cycliste Internationale (UCI) schloss sich der Einschätzung der USADA an und bestätigte am 22. Oktober 2012 die Aberkennung aller seiner Titel ab dem 1. August 1998.

Erst in einem am 17. Januar 2013 gesendeten, zuvor aufgezeichneten Interview mit Oprah Winfrey gestand Lance Armstrong das Doping. Noch am selben Tag entschied das Internationale Olympische Komitee, ihm die Bronzemedaille im Einzelzeitfahren aus dem Jahr 2000 abzuerkennen.

Stephen Frears drehte über Lance Armstrong den Kinofilm „The Program. Um jeden Preis“ nach dem Buch „Seven Deadly Sins. My Pursuit of Lance Armstrong“ (2012) des Journalisten David Walsh, der auch die Bücher „Inside the Tour de France“ (1994) und „From Lance to Landis. Inside the American Doping Controversy at the Tour de France“ (2007) schrieb.