Nghệ sĩ nhân dân Ngô Mạnh Lân sinh năm 1934 tại huyện Thanh Trì, Hà Nội. Sau khi tốt nghiệp khóa Kháng chiến (1950-1954), Trường Cao đẳng Mỹ thuật Việt Nam (nay là Trường Đại học Mỹ thuật Việt Nam), họa sĩ Ngô Mạnh Lân phục vụ trong quân đội, tham gia Chiến dịch Điện Biên Phủ và có nhiều ký họa kháng chiến.
Năm 1956, ông được cử đi học tại Khoa Mỹ thuật, Trường Đại học Điện ảnh Mátxcơva (Nga). Ra trường năm 1962, ông về công tác tại Xưởng Phim hoạt họa búp bê Việt Nam (nay là Hãng Phim hoạt hình Việt Nam), là họa sĩ, sau đó là đạo diễn. Ông từng giữ cương vị Giám đốc Hãng Phim hoạt hình Việt Nam.
Nghệ sĩ nhân dân Ngô Mạnh Lân là một trong những người đặt nền móng cho thể loại phim hoạt hình Việt Nam và là cây đại thụ của thể loại điện ảnh này. Ông ghi dấu ấn với các bộ phim hoạt hình: "Dế mèn phiêu lưu ký", "Chuyện ông Gióng", "Trê cóc", "Con sáo biết nói", "Những chiếc áo ấm", "Thạch Sanh", "Phép lạ hồi sinh", "Mèo con"...
Ông đã giành nhiều giải thưởng uy tín trong nước và quốc tế, trong đó có 3 giải Bông sen vàng, 4 giải Bông sen bạc, giải thưởng Bồ nông bạc tại Liên hoan phim hoạt hình quốc tế ở Romania năm 1996; giải thưởng Bồ câu vàng tại Liên hoan phim quốc tế Leipziq (Đức) năm 1970...
Bên cạnh điện ảnh, Nghệ sĩ nhân dân Ngô Mạnh Lân còn tích cực hoạt động mỹ thuật. Ông vẽ nhiều tranh sơn dầu, ký họa, tranh cổ động, bìa tem, bìa sách, truyện tranh và cũng đoạt nhiều giải thưởng. Ngoài ra, ông còn xuất bản một số sách về nghệ thuật hoạt hình, tham gia giảng dạy về phim hoạt hình...
Ông được nhận danh hiệu Nghệ sĩ nhân dân năm 1997, nhận Giải thưởng Nhà nước về văn học, nghệ thuật năm 2007.
Gia đình Nghệ sĩ nhân dân Ngô Mạnh Lân cũng có nhiều người theo đuổi nghệ thuật thành công, như Nghệ sĩ nhân dân Ngọc Lan (vợ); Tiến sĩ, nhà phê bình điện ảnh Ngô Phương Lan (con gái); đạo diễn Đinh Tuấn Vũ (cháu)...