Fritz Lenz, der Sohn eines Gutsbesitzers, studierte von 1905 bis 1912 Medizin in Berlin und Freiburg. Dort trat er 1909 der Ortsgruppe der „Internationalen Gesellschaft für Rassenhygiene“ bei, wo er auch Alfred Ploetz, den Begründer der Rassenhygiene, und Max von Gruber, den Direktor des Hygienischen Instituts an der Universität München, kennenlernte. In Freiburg legte er 1912 das medizinische Staatsexamen und die Doktorprüfung ab. 1913 wechselte er als Assistent zu Max von Gruber und wurde 1919 für das Fach Hygiene an der Universität München (LMU) habilitiert. Als erste deutsche Universität schuf die LMU 1923 eine Professur für Rassenhygiene und besetzte sie mit Fritz Lenz.
Lenz trieb das im wissenschaftlichen Diskurs schon seit dem 19. Jahrhundert erörterte Konzept der Rassenhygiene, also die Ertüchtigung einer Rasse durch „Auslese“ und „Ausmerzung“ angeblich minderwertiger Elemente, in eine eindeutig nationalsozialistische Richtung. Er untersuchte insbesondere Probleme der Vererbung menschlicher Krankheiten sowie der Gesunderhaltung des menschlichen Erbgutes. Die Ergebnisse publizierte er 1921 und 1932 zusammen mit seinen beiden Hygieniker-Kollegen Erwin Baur und Eugen Fischer in seinem Hauptwerk, das 1936 unter dem Titel „Menschliche Erblehre“ erschien. Es avancierte zum Standardwerk der Rassenhygiene und menschlichen Erblehre. Darin wurde behauptet, die Erbanlagen der Jüdinnen*Juden seien „weniger auf Beherrschung und Ausnützung der Natur als auf Beherrschung und Ausnützung der Menschen“ gerichtet. Lenz definierte „Rasse“ als den „Inbegriff der Erbanlagen“. Gruppen von Menschen, deren Erbanlagen untereinander ähnlich waren, nannte er eine Rasse. Äußerlichen Unterschieden wie Haar- oder Augenfarbe maß er dabei geringere Bedeutung bei als den von ihm so bezeichneten „seelischen Rassenunterschieden“.
Lenz ging nicht nur von einer Ungleichheit, sondern auch von einer Ungleichwertigkeit der Rassen aus. Die menschlichen Rassen teilte er in vier Gruppen ein, wobei etwa die Aborigines in Australien auf der untersten, die „Neger“ auf der nächsthöheren, die mediterranen oder orientalischen Rassen, zu denen er auch die meisten Juden zählte, an zweiter Stelle standen. Die erste Stelle nahm die nordische Rasse ein, die für ihn der alleinige Schöpfer der abendländischen Kultur war. Die Deutschen gehörten für ihn überwiegend zur nordischen Rasse. Bei der praktischen Umsetzung seiner Vorstellungen standen für Lenz die sogenannten „positiven“ rassenhygienischen Maßnahmen im Vordergrund, die die Fortpflanzung der „Hochwertigen“ im Sinne von „Auslese“ begünstigen sollten. „Negative“ rassenhygienische Maßnahmen im Sinne von Abwehr oder Ausmerzung „Minderwertiger“ waren für ihn nachrangig.
Von 1933 bis 1945 hatte Fritz Lenz einen Lehrstuhl für Sozialhygiene an der Universität Berlin inne und wirkte als Direktor der Abteilung für Rassenhygiene am „Kaiser-Wilhelm-Institut für Anthropologie, Menschliche Erblehre und Eugenik“. Seit 1933 war er Mitglied im „Sachverständigenbeirat für Bevölkerungs- und Rassenpolitik“ des Reichsministers des Innern. Dieser war an der Formulierung des „Gesetzes zur Verhütung erbkranken Nachwuchses“ beteiligt, das Zwangssterilisationen vorsah. 1937 trat Lenz der NSDAP bei, 1940 dem „Nationalsozialistischen Deutschen Ärztebund“. In den letzten Kriegsjahren zog er sich zunehmend zurück. Im Winter 1944 ließ sich Lenz beurlauben und ging nach Obernfelde/Westfalen.
Im Entnazifizierungsverfahren wurde er 1949 als „entlastet“ eingestuft. Er habe sich in der Zeit des Nationalsozialismus nicht offen politisch geäußert. Ab 1946 war Lenz außerordentlicher, ab 1952 ordentlicher Professor für „Menschliche Erblehre“ in Göttingen. Schwerpunkte seines wissenschaftlichen Interesses waren hier u.a. die Methodik erbbiologischer Vaterschaftsgutachten. 1955 erfolgte die Pensionierung, 1961 die nachträgliche Emeritierung. Lenz lebte bis zu seinem Tode zurückgezogen in Göttingen.