Lwoff was de zoon van Russische immigranten die eind negentiende eeuw naar Frankrijk waren gekomen. Zijn vader, Solomon Lwoff, was geneesheer-directeur in een psychiatrisch ziekenhuis, eerst in Ainay-le-Château en later in Neuilly-sur-Marne bij Parijs. Zijn moeder, Maria Siminovitsj, was beeldhouwster. De kunstzinnig aangelegde André werd sterk beïnvloed door het werk van zijn vader die zijn zoon regelmatig meenam op zijn dagelijkse rondes en door Ilja Metsjnikov. Het was Metsjnikov, net als zijn ouders een Russisch immigrant, die de dertienjarige Lwoff meenam naar het Pasteur Instituut om zijn eerste microben te laten zien.
Op advies van zijn vader ging Lwoff medicijnen studeren aan de Universiteit van Parijs (Sorbonne). Na het behalen van zijn bachelor ging hij op negentiende werken bij het Pasteur Instituut in Parijs als assistent van Édouard Chatton en Félix Mesnil. Samen met Mensil, die nog secretaris van Pasteur was geweest, deed hij onderzoek naar trilhaardiertjes en op de mariene stations in Roscoff en Banyuls werkte hij samen met Chatton.
Gedurende de Tweede Wereldoorlog was Lwoff actief in het ondergrondse verzet waar hij onder andere informatie verzamelde voor de geallieerden en Amerikaanse piloten die boven Frankrijk waren neergehaald, hielp met ontsnappen naar onbezet Frankrijk. Na de oorlog werd Lwoff hiervoor onderscheiden met de Medaille de la Resistance en werd hij benoemd tot Commandeur in het Franse Legioen van Eer.
In 1950 ontdekte hij hoe profagen te 'induceren' zijn, wat het onderzoek naar lysogenie vergemakkelijkte en ertoe leidde tot de aanstelling van Jacob als diens assistent.
Morange, Michel (2011). Wetenschappelijk biografie: Monod, Jacob, Lwoff – de drie musketiers van de nieuwe biologie. Veen Magazines, Diemen. ISBN 978-9085713654.
Petechuk, David (1995). "André Lwoff". Notable Twentieth-Century Scientists. Detroit: Gale Research Inc.