Русский физик-экспериментатор, создатель первой физической школы в России. Родился в Москве. Окончил Страсбургский. университет (1891 г.). В том же году начал работать в Московском университете (профессор с 1900 г.). В 1911 г. в знак протеста против реакционных действий царского министра просвещения Л. Кассо оставил университет вместе со многими другими прогрессивными преподавателями.

Лебедев известен как блестящий экспериментатор-виртуоз, автор исследований, выполненных скромными средствами на грани технических возможностей того времени, но поражающих глубокой интуицией и гениальностью. В 1895 г. впервые создал комплекс экспериментальных приспособлений для генерирования и приема миллиметровых электромагнитных волн и первый осуществил эксперименты с ними по двойному лучепреломлению в кристаллах. В 1899 г. экспериментально доказал давление света на твердые тела, а в 1907 г.- на газы, что явилось прямым подтверждением электромагнитной теории света. Опыты Лебедева со световым давлением принесли ему мировую славу. По этому поводу У. Томсон говорил: «Я всю жизнь воевал с Максвеллом, не признавая его светового движения, а вот... Лебедев заставил меня сдаться перед его опытами».

Лебедев осуществил также оригинальные эксперименты над магнетизмом вращающихся тел, выдвинул глубокие идеи относительно природы межмолекулярных сил и происхождения хвостов комет, занимался также вопросами акустики.

Создал первую физическую школу в России (П. П. Лазарев, С. И. Вавилов, А. Р. Колли, Т. П. Кравец, В. Д. Зернов и др.). Его именем назван Физический Академии наук СССР.