Né en 1967 à Mérida, au Venezuela, Lorenzo Vigas est le fils du peintre et muraliste Oswaldo Vigas et de son épouse française Janine Castès. Il obtient d'abord un diplôme en biologie moléculaire à l'université de Tampa, en Floride, avant de délaisser la science pour suivre des ateliers de cinéma à l'université de New York en 1995, où il réalise plusieurs films expérimentaux. De retour au Venezuela en 1998, il dirige la série documentaire Expedición pour la chaîne RCTV, puis divers documentaires et films publicitaires. Installé au Mexique en 2003, il tourne le court métrage Los elefantes nunca olvidan, produit par le scénariste Guillermo Arriaga et présenté au Festival de Cannes, qui remporte le Soleil d'or du meilleur court métrage au Festival de Biarritz en 2004. Son premier long métrage, Desde allá, coécrit avec Arriaga, met dix ans à voir le jour ; présenté en 2015 au Festival de Venise, il remporte le Lion d'or, faisant de lui le premier réalisateur vénézuélien et le premier film en langue espagnole à obtenir cette récompense. Il signe ensuite le documentaire El vendedor de orquídeas (2016), consacré à son propre père, puis La caja (2021), tourné avec Hatzín Navarrete.
Sa formation scientifique en biologie moléculaire, qu'il abandonne par besoin d'expression visuelle, façonne paradoxalement un regard analytique et précis sur ses sujets de prédilection. L'histoire de Desde allá, inspirée par le destin tragique de deux amis de Vigas et d'Arriaga morts dans des circonstances liées à l'homophobie, nourrit directement l'ensemble de son œuvre de fiction. Son père, le peintre Oswaldo Vigas, et la relation complexe qu'il entretient avec lui constituent une source d'inspiration constante, explorée frontalement dans le documentaire qu'il lui consacre.
Vigas privilégie une esthétique épurée et distante, où la ville de Caracas devient elle-même un personnage à part entière de ses récits. Sa mise en scène, décrite comme parcimonieuse et profondément masculine, communique autant par l'histoire racontée que par une froideur visuelle assumée. Il construit ses films autour de relations de pouvoir entre hommes de générations et de classes sociales différentes, qu'il filme avec une économie de dialogues et une attention portée aux silences.
Desde allá remporte le Lion d'or du meilleur film au Festival de Venise 2015, une première historique pour le cinéma vénézuélien et pour un film hispanophone dans la compétition officielle. Le film est également nommé au Goya du meilleur film ibéro-américain en 2017 et reçoit de nombreuses récompenses dans les festivals internationaux, dont le prix du meilleur scénario au Festival de Thessalonique.
Le scénariste mexicain Guillermo Arriaga, rencontré au Venezuela, coécrit son premier long métrage et l'accompagne comme mentor déterminant dans son parcours de cinéaste. L'acteur chilien Alfredo Castro, tête d'affiche de Desde allá, ainsi que les réalisateurs mexicains Michel Franco et Gabriel Ripstein, associés comme producteurs à ses débuts, comptent également parmi ses collaborateurs réguliers.
La relation entre pères et fils, ou entre figures d'autorité et jeunes hommes marginalisés, structure l'ensemble de son œuvre de fiction. La solitude et le manque affectif dans une société vénézuélienne fracturée par la crise politique et économique constituent également un motif central. Vigas s'intéresse enfin à la masculinité et à l'homosexualité comme sources de tension sociale, souvent traitées à travers des rapports de classe et de pouvoir.