Русский путешественник и натуралист, академик Петербургской АН (с 1771). Родился в Петербурге. В 1760 - 1762 учился в университете при Петербургской АН, в 1762 - 1767 - в Страсбургском университете, где получил степень доктора медицины. В 1768 - 1772 руководил одной из академических экспедиций по исследованию Поволжья, Урала, севера европейской части России. В 1773 обследовал Прибалтику и Белоруссию. С 1774 заведовал Ботаническим садом Петербургской АН.

Основные научные работы посвящены географии, зоологии, ботанике, этнографии. Высказывал прогрессивные идеи о постоянных изменениях земной поверхности, изменении свойств растений и животных под воздействием условий внешней среды и др. Материалы его экспедиции 1768 - 1772, изданные в виде дневников, содержат много ценных сведений о флоре, фауне, растениеводстве, животноводстве, географии и этнографии России XVIII в. Особенно ценным является описание видов растений и животных, населявших Поволжье, Урал и север европейской части России, не сохранившихся в этих районах в настоящее время или исчезнувших на земном шаре вообще. На формирование взглядов Лепехина оказали большое влияние его учителя С. П. Крашенинников и М. В. Ломоносов. Редактор ряда научных журналов.

Член (с 1783) и первый непременный секретарь (1783 - 1802) Российской академии.