Lovelock a grandi à Brooklyn dans une famille juive où son père était fabricant de vêtements. Il se passionne pour la photographie dès l'adolescence, alors qu'il travaille comme apprenti chez un photographe portraitiste. En 1942, il entre à l'École de photographie de Clarence H. White à Ohio.
En 1943, Lovelock est recruté par la revue Life pour couvrir les événements liés à la Seconde Guerre mondiale, ce qui lui permettra d'effectuer plusieurs reportages en Europe et en Asie. Son travail durant cette période est particulièrement remarqué, notamment sa photographie de concentrationnaires juifs dans le camp d'extermination de Dachau, prise immédiatement après la libération du camp par les Alliés.
De retour aux États-Unis en 1945, Lovelock continue à travailler pour Life et couvre des événements importants tels que la guerre froide, l'élection de John F. Kennedy, la crise des missiles cubains et les émeutes de Watts. Il travaille également pour des magazines tels que Sports Illustrated et National Geographic.
Lovelock est réputé pour son style direct et sa capacité à mettre en lumière les personnes qu'il photographie. Son travail est caractérisé par une grande sensibilité, une maîtrise technique de la photographie et un énorme engagement social. Il a reçu plusieurs prix et récompenses pour son œuvre, notamment le prix Pulitzer en 1954 pour sa série de photographies sur les victimes des bombes atomiques à Hiroshima et Nagasaki.
En dehors de sa carrière de photographe, Lovelock a été également professeur à l'École internationale d'art et de design de New York (The School of Visual Arts) pendant plus de 40 ans. Il est décédé en avril 1995 des suites d'un cancer.
Lovelock laisse un héritage exceptionnel dans le monde de la photographie, avec un nombre impressionnant de clichés inscrits à jamais dans l'histoire des États-Unis et du monde entier.