Ulrich Lommel wurde am 21. Dezember 1944 in Zielenzig (heute: Sulecin, Polen) als Sohn des Humoristen und Schauspielers Ludwig Manfred Lommel (1891-1962) und Bruder der Schauspielerin Ruth Lommel (geb. 1918) geboren. Mit vier Jahren hatte er seinen ersten Bühnenauftritt an der Seite seines Vaters. 1961 feierte er sein Debüt am Renaissance-Theater.

Nach ersten Film- und Fernsehrollen –- unter anderem in Rudolf Thomes "Detektive" – besetzte ihn Rainer Werner Fassbinder als Gangster Bruno Straub in "Liebe ist kälter als der Tod". Fortan gehörte Lommel zum kreativen Stammpersonal Fassbinders, und übernahm neben Schauspielparts auch Funktionen hinter der Kamera.

1969 gründete Lommel in München die Atlantis-Film, welche sich an der Produktion von Fassbinders "Whity" beteiligte. Sein Debüt als Regisseur gab Lommel mit "Haytabo", doch erst mit der von Fassbinder produzierten und mit Kurt Raab besetzten Horror-Kolportage "Die Zärtlichkeit der Wölfe" konnte er Aufsehen erregen. Auch in seinen folgenden Arbeiten widmete sich Lommel vornehmlich spekulativen Stoffen, so etwa in dem Reißer "Wachtmeister Kahn" und der Altherren-Sexphantasie "Der zweite Frühling".

Nachdem Lommel in "Adolf und Marlene" 1976 skandalträchtig über eine Obsession Adolf Hitlers – gespielt von Kurt Raab – für Marlene Dietrich (Margit Carstensen) fabuliert hatte, verlagerte er seinen Arbeits- und Lebensschwerpunkt Ende der 1970er Jahre in die USA. Dort profilierte er sich als Regisseur zahlreicher billig produzierter Genrefilme.

Erst mit "Daniel, der Zauberer" (2004), einer semi-dokumentarischen Farce über den exaltierten Teenager-Star Daniel Küblböck, drehte er nach mehr als 20 Jahren wieder einen deutschen Kinofilm, dem jedoch kein Erfolg bei Publikum und Kritik beschieden war.

In den Jahren danach drehte Lommel in den USA eine Vielzahl von Low-Budget- und Exploitation-Filmen im Thriller- und Horrorbereich, stets nach eigenem Drehbuch. Manche davon basieren auf klassischen Schauergeschichten, so etwa "The Raven" (USA 2006) nach Edgar Allan Poe und "The Tomb" (USA 2007) nach H.P. Lovecraft. Meist aber nahm Lommel sich reale Kriminalfälle als Vorlage: unter anderem bei "Uli Lommel's Zodiac Killer" (USA 2005), "Black Dahlia" (USA 2006), "Son of Sam" (USA 2008), "D.C. Sniper" (USA 2010) und "Manson Family Cult" (USA 2012). Bei einigen seiner Filme wirkte er auch als Darsteller mit.

Erst 2014 drehte Lommel wieder einen Film in Deutschland: Für die Dokumentation "Der Goldene Pokal - Die Reise vom 4. Stern" begleitete er die deutsche Fußballnationalmannschaft 2014 vom Eintreffen im WM-Quartier Campo Bahia bis zur großen Willkommensfeier auf der Fanmeile am Brandenburger Tor in Berlin.

2015 publizierte er das Buch "Factory Made", in dem er seine Begegnung und künstlerische Zusammenarbeit mit Andy Warhol bei mehreren Filmen sowie Polaroid-Collagen Ende der 1970er Jahre darstellt. Auch eine Verfilmung des Buchs war geplant. Zu ihr kam es allerdings nicht mehr: Am 2. Dezember 2017 starb Ulli Lommel an den Folgen eines Herzinfarkts.