Der 1944 im Brandenburgischen Rheinsberg geborene Lothar Baumgarten studierte 1968 an der Akademie für Bildende Künste in Karlsruhe, und von 1961 bis 1971 an der Kunstakademie in Düsseldorf — unter anderem bei Joseph Beuys.
Seine erste Einzelausstellung hatte er 1972 in Düsseldorf in der Galerie Konrad Fischer. Damals fantasierte er in einer Diaschau eine Schiffsreise auf dem Amazonas herbei. Im Jahr 1974 bekam er den Förderpreis der Stadt Düsseldorf. Ab 1978 reiste der Künstler tatsächlich ins Amazonasgebiet. Baumgarten lebte dort 18 Monate lang mit dem Stamm der Yanomami. Am Beginn dieser Reise stand eine einfache ethnologische Fragestellung — wie sehen fremde Kulturen im europäischen Blick aus?
Bei den Skulptur Projekten in Münster realisierte Baumgarten 1987 die Installation "Drei Irrlichter". In den Käfigen, in denen die Leichname der Anführer der reformatorischen Täuferbewegung in Münster zur Schau gestellt wurden, brachte der Künstler drei Lampen an. Seither leuchten sie in der westfälischen Stadt jede Nacht. 1992 gestaltete Baumgarten die Fassade des Kasseler Zwehrenturms mit der Arbeit "Entenschlaf (der große Metaphysiker)" anlässlich der Documenta IX.
Eine Konstante in Baumgartens Werk war die Fotografie. In seiner essay-artigen Arbeit "Carbon", einer Kombination von Fotos, Kurzgeschichten und Zeichnungen, dokumentiert Baumgarten die industrielle und infrastrukturelle Erschließung des Amerikanischen Westens.
2003 bekam Baumgarten den Kunst-am-Bau-Preis für sein künstlerisches Gesamtkonzept im Innenhof des Bundespräsidialamtes. Der Künstler gestaltete den Fußboden und entwarf Wandarbeiten im Obergeschoss.
Die meisten Berliner dürften eine Arbeit Baumgartens aus dem Hamburger Bahnhof kennen. Für "Feuilleton Klimax" brachte der Künstler in den Übergängen von der Eingangshalle zu den jeweiligen Seitenflügeln Wörter in gelb und in schwarz auf den Handläufen an, die die Besucher durch den Raum leiten. Die Begriffe sind Füllwörter, die Baumgarten über Jahre in Zeitungsartikeln aufgelesen hat.
Seit 1994 war Baumgarten Professor an der Universität der Künste Berlin. Seine Arbeiten sind in zahlreichen internationalen Sammlungen vertreten, darunter in der Deutsche Bank Kunstsammlung in Frankfurt, in der Fondation Cartier in Paris und der Tate Modern in London.