Après des études à Boston, Dennis Lehane part à l'université internationale de Floride pour étudier l'écriture créative. Il vit de métiers divers ? livreur, libraire, chauffeur ? tout en écrivant son premier roman, Un dernier verre avant la guerre, publié en 1994. C'est également un ancien éducateur qui travaillait dans le secteur de l'enfance maltraitée, thème qui reste très présent dans la majorité de ses ?uvres.

Au milieu des années 1990 il écrit, réalise et produit Neighborhoods (« voisinages » en anglais) mais ne trouve pas de distributeurs pour ce film mettant en scène un quartier populaire fictif de Boston.

Entre 2004 et 2008, Lehane écrit le scénario de trois épisodes de la série Sur écoute et joue le rôle d'un policier dans un quatrième. Cette série rencontre un vif succès auprès des amateurs de séries policières et recueille des critiques particulièrement positives auprès de différents magazines français et étrangers. Elle est en grande partie scénarisée par George Pelecanos, un auteur de polar très réputé.

En 2009, Lehane et les écrivains et scénaristes Stephen J. Cannell, James Patterson et Michael Connelly apparaissent à plusieurs reprises dans leur propre rôle dans la série télévisée Castle. Ils participent à des parties de poker avec le romancier Richard Castle, ainsi présenté comme le pair de ces auteurs bien réels, et discutent des enquêtes qu'il mène avec Kate Beckett de la police de New York.

Lehane vit aujourd'hui à Boston.