Alma-Tadema nació el 8 de enero de 1836 en el pueblo de Dronryp, en la provincia de Frisia, al norte de los Países Bajos. El apellido Tadema es un antiguo patronímico frisio que significa «hijo de Tade», mientras que los nombres Lourens y Alma proceden de su padrino. Era el sexto hijo de Pieter Jiltes Tadema (1797-1840), notario del pueblo, y el tercero de Hinke Dirks Brouwer (1800-1863). Su padre tuvo tres hijos de un matrimonio anterior. El primer hijo de sus padres murió joven, y el segundo fue Artje (1834-1876), hermana de Lourens, por la que sentía un gran afecto.
La familia Tadema se trasladó en 1838 a la cercana ciudad de Leeuwarden, donde el puesto de notario de Pieter sería más lucrativo. Su padre murió cuando Lourens tenía cuatro años, dejando a su madre con cinco hijos: Lourens, su hermana y tres hijos del primer matrimonio de su padre. Su madre tenía inclinaciones artísticas y decidió que las clases de dibujo debían incorporarse a la educación de los niños. Recibió su primera formación artística con un maestro de dibujo local contratado para enseñar a sus hermanastros mayores.
Estaba previsto que el muchacho se convirtiera en abogado, pero en 1851, a la edad de quince años, sufrió un colapso físico y mental. Diagnosticado como tísico y con poco tiempo de vida, se le permitió pasar los días que le quedaban a su aire, dibujando y pintando. Abandonado a su suerte, recuperó la salud y decidió dedicarse a la pintura.
En 1852 ingresó en la Real Academia de Amberes (Bélgica), donde estudió arte holandés y flamenco antiguo con Gustaf Wappers. Durante los cuatro años que pasó inscrito en la academia, Alma-Tadema ganó varios premios. Antes de abandonar la academia, a finales de 1855, se convirtió en ayudante del pintor y profesor Louis (Lodewijk) Jan de Taeye, cuyos cursos de historia y traje histórico había disfrutado mucho en la academia. Aunque de Taeye no era un pintor destacado, Alma-Tadema le respetaba y se convirtió en su ayudante de taller, trabajando con él durante tres años. De Taeye le dio a conocer libros que influyeron en su deseo de retratar temas merovingios al principio de su carrera. Se le animó a plasmar la exactitud histórica en sus cuadros, un rasgo por el que el artista llegó a ser conocido.
La mayor influencia de De Taeye en su joven discípulo fue su interés por las civilizaciones antiguas, en particular la egipcia, que se manifiesta por primera vez en La Cleopatra moribunda, comenzado en 1859 pero destruido posteriormente por el artista, y "El padre triste" o "El oráculo desfavorable (Opus X)", pintado en 1858. Originalmente era un gran cuadro procesional en un entorno arquitectónico, pero más tarde se redujo a una escala menor para mostrar sólo tres figuras; este cuadro reducido se encuentra ahora en la Galería de Arte de Johannesburgo. Otra sección de El padre triste fue modificada por el artista diez años más tarde, en 1869, y expuesta en la Royal Academy en 1871 bajo el título El gran chambelán a Sesostris el Grande. Del gran cuadro original, Sir Edmund William Gosse dirá más tarde: «Como primero de una serie de cuadros egipcios, algunos de los cuales deben contarse entre las más altas expresiones del genio de Alma-Tadema, El oráculo desfavorable es una obra de gran interés».
El artista proyectó otros dos cuadros de tema egipcio en los años 1857 y 1858, titulados Ir al Oráculo y El Oráculo Contrario, de los que se conservan varios dibujos preparatorios que en su día estuvieron en posesión de Gosse. Estos cuadros nunca llegaron a ejecutarse o fueron destruidos, ya que durante sus años de estudiante Alma-Tadema destruía o pintaba sobre las obras que no le satisfacían.
Como señaló el biógrafo contemporáneo del artista, Percy Cross Standing, sobre las primeras pinturas de Lawrence Alma-Tadema de temas egipcios en particular: «Tan cuidadoso en todo momento con los detalles, puso un cuidado extraordinario en la preparación de sus bocetos preliminares para estos cuadros». Cuando se le preguntó por qué había elegido pintar temas egipcios, Alma-Tadema respondió: «¿Por qué otro tema debería haber empezado tan pronto como conocí la vida de los antiguos? Lo primero que un niño aprende de la historia antigua es sobre la corte del faraón; y si volvemos a la fuente del arte y la ciencia, ¿no debemos volver a Egipto?"
Varias de sus primeras pinturas egipcias contienen representaciones precisas de objetos y escenarios, que reflejan el minucioso estudio por parte del artista de un importante libro de referencia de su época: "The Manners and Customs of Ancient Egyptians", de Sir John Gardner Wilkinson, publicado en 1837. Alma-Tadema abandonó el taller de Taeye en noviembre de 1858 y regresó a Leeuwarden antes de instalarse en Amberes, donde comenzó a trabajar con el pintor barón Jan August Hendrik Leys, cuyo taller era uno de los más apreciados de Bélgica. Bajo su dirección, Alma-Tadema pintó su primera gran obra: La educación de los hijos de Clodoveo (1861). Este cuadro causó sensación entre críticos y artistas cuando se expuso ese año en el Congreso Artístico de Amberes. Se dice que sentó las bases de su fama y reputación Alma-Tadema contó que, aunque a Leys el cuadro terminado le pareció mejor de lo que esperaba, criticó el tratamiento del mármol, que comparó con el queso. Colaboró con Hendrik Leys en la serie de pinturas murales de la Sala Leys, en la segunda planta del Ayuntamiento de Amberes, que representan momentos significativos de la historia de los Países Bajos.
Alma-Tadema se tomó muy en serio estas críticas, que le llevaron a mejorar su técnica y a convertirse en el pintor de mármol y granito abigarrado más importante del mundo. A pesar de los reproches de su maestro, La educación de los hijos de Clodoveo fue bien recibida por la crítica y los artistas, y acabó siendo adquirida y posteriormente regalada al rey Leopoldo de Bélgica. En 1860 entabló amistad con la familia de artistas anglo-holandesa Dommersen de Utrecht
Los temas merovingios fueron los favoritos del pintor hasta mediados de la década de 1860. Sin embargo, los temas merovingios no tenían un gran atractivo internacional, por lo que cambió a temas de la vida en el antiguo Egipto, que eran más populares. En 1862, Alma-Tadema abandonó el estudio de Leys e inició su propia carrera, estableciéndose como un importante artista de temas clásicos.
El 3 de enero de 1863 muere su madre, inválida, y el 24 de septiembre se casa, en el Ayuntamiento de Amberes, con Marie-Pauline Gressin-Dumoulin de Boisgirard, hija de Eugène Gressin-Dumoulin, periodista francés residente cerca de Bruselas. No se sabe nada de su encuentro y poco de la propia Pauline, ya que Alma-Tadema nunca habló de ella tras su muerte en 1869. Su imagen aparece en varios óleos, aunque sólo la retrató tres veces, la más notable en "Mi estudio" (1867) La pareja tuvo tres hijos. El mayor vivió sólo unos meses y murió de viruela. Sus dos hijas, Laurence (1865-1940) y Anna (1867-1943), tenían inclinaciones artísticas: la primera por la literatura, la segunda por el arte. Ninguna de las dos se casaría.
Alma-Tadema y su esposa pasaron su luna de miel en Florencia, Roma, Nápoles y Pompeya. En esta, su primera visita a Italia, desarrolló su interés por representar la vida de la antigua Grecia y Roma, especialmente esta última, ya que encontró una nueva inspiración en las ruinas de Pompeya, que le fascinaron e inspirarían gran parte de su obra en las décadas siguientes. Allí conoció a Geremia Discanno, un pintor italiano al que el arqueólogo Giuseppe Fiorelli había encargado que reprodujera los frescos de vivos colores que se estaban descubriendo en las excavaciones de Pompeya y Herculano antes de que se desvanecieran por la exposición. Consultaría a Discanno varias veces antes de su muerte en 1907 para asegurarse de que sus pinturas de la Antigüedad reflejaran con exactitud el estilo de vida de los habitantes del mundo grecorromano.
Durante el verano de 1864, Tadema conoció a Ernest Gambart, el editor de grabados y marchante de arte más influyente de la época. Gambart quedó muy impresionado por la obra de Tadema, que por entonces pintaba "Jugadores de ajedrez egipcios" (1865). El marchante, reconociendo de inmediato las inusuales dotes del joven pintor, le hizo un pedido de veinticuatro cuadros y dispuso que tres de las pinturas de Tadema se expusieran en Londres. En 1865, Tadema se trasladó a Bruselas, donde fue nombrado caballero de la Orden de Leopoldo.
El 28 de mayo de 1869, tras años de mala salud, Pauline murió de viruela en Schaerbeek, Bélgica, a la edad de 32 años. Dejó de pintar durante casi cuatro meses. Su hermana Artje, que vivía con la familia, le ayudó con sus dos hijas, que entonces tenían cinco y dos años. Artje asumió el papel de ama de llaves y permaneció con la familia hasta 1873, año en que se casó.
Durante el verano, el propio Tadema empezó a sufrir un problema médico que los médicos de Bruselas no supieron diagnosticar. Finalmente, Gambart le aconsejó que fuera a Inglaterra en busca de otra opinión médica. Poco después de su llegada a Londres, en diciembre de 1869, Alma-Tadema fue invitado a casa del pintor Ford Madox Brown. Allí conoció a Laura Theresa Epps, que tenía diecisiete años, y se enamoró de ella a primera vista.
El estallido de la guerra franco-prusiana en julio de 1870 animó a Alma-Tadema a abandonar el continente y trasladarse a Londres. Su enamoramiento de Laura Epps desempeñó un papel importante en su traslado a Inglaterra y, además, Gambart consideró que la mudanza sería ventajosa para la carrera del artista. Al explicar los motivos de su traslado, Tadema se limitó a decir: «Perdí a mi primera esposa, una dama francesa con la que me casé en 1863, en 1869. Habiendo sentido siempre una gran predilección por Londres, el único lugar donde, hasta entonces, mi obra había encontrado compradores, decidí abandonar el continente e ir a instalarme a Inglaterra, donde he encontrado un verdadero hogar».
Con sus hijas pequeñas y su hermana Artje, Alma-Tadema llegó a Londres a principios de septiembre de 1870. El pintor no tardó en ponerse en contacto con Laura, y se acordó que le daría clases de pintura. Durante una de ellas, le propuso matrimonio. Como él tenía entonces treinta y cuatro años y Laura sólo dieciocho, su padre se opuso inicialmente a la idea. Finalmente, el Dr. Epps aceptó con la condición de que esperasen a conocerse mejor. Se casaron en julio de 1871. Laura, con su nombre de casada, también se ganó una gran reputación como artista, y aparece en numerosos lienzos de Alma-Tadema después de su matrimonio (Las mujeres de Anfissa (1887) es un ejemplo notable). Este segundo matrimonio fue duradero y feliz, aunque sin hijos, y Laura se convirtió en madrastra de Anna y Laurence. Anna se convirtió en pintora y Laurence en novelista.
En Inglaterra adoptó inicialmente el nombre de Laurence Alma Tadema en lugar de Lourens Alma Tadema y más tarde utilizó la grafía más inglesa Lawrence para su nombre. También incorporó Alma a su apellido para que apareciera al principio de los catálogos de exposiciones, bajo la letra «A» en lugar de «T». En realidad, no puso un guión a su apellido, pero otros lo hicieron y desde entonces se ha convertido en la convención.
Tras su llegada a Inglaterra, donde pasaría el resto de su vida, la carrera de Alma-Tadema fue un éxito continuado. Se convirtió en uno de los artistas más famosos y mejor pagados de su época, reconocido y recompensado. En 1871 ya había conocido y entablado amistad con la mayoría de los principales pintores prerrafaelitas, y fue en parte gracias a su influencia que el artista iluminó su paleta, varió sus matices y aligeró su pincelada.
En 1872, Alma-Tadema organizó sus cuadros en un sistema de identificación incluyendo un número de opus bajo su firma y asignando también números a sus cuadros anteriores. Retrato de mi hermana Artje, pintado en 1851, está numerado como opus I, mientras que dos meses antes de su muerte terminó Preparativos en el Coliseo, opus CCCCVIII. Este sistema hacía más difícil que las falsificaciones se hicieran pasar por originales.
En 1873, la Reina Victoria en Consejo, mediante cartas patentes, convirtió a Alma-Tadema y a su esposa en los que hasta la fecha siguen siendo los últimos ciudadanos británicos creados (en teoría, el proceso legal aún no se ha abolido en el Reino Unido), con algunos derechos especiales limitados que, por lo demás, sólo se conceden y disfrutan los súbditos británicos (es decir, los que ahora se llamarían ciudadanos británicos). El año anterior, él y su esposa hicieron un viaje por el continente que duró cinco meses y medio y les llevó por Bruselas, Alemania e Italia. En Italia Alma-Tadema pudo contemplar de nuevo las ruinas antiguas; esta vez adquirió varias fotografías, sobre todo de las ruinas, con las que inició su inmensa colección de material de archivo utilizado en la realización de futuros cuadros. En enero de 1876 alquiló un estudio en Roma. La familia regresó a Londres en abril, visitando el Salón de París a la vuelta. En Londres se reunía regularmente con su colega Emil Fuchs.
Uno de sus cuadros más importantes de este periodo fue "Una audiencia en casa de Agripa" (1876). Cuando un admirador del cuadro le ofreció pagar una suma considerable por un cuadro de tema similar, Alma-Tadema se limitó a dar la vuelta al emperador para mostrarle cómo se marchaba, en "Después de la audiencia". El 19 de junio de 1879, Alma-Tadema fue nombrado Académico Real. Tres años más tarde, la Grosvenor Gallery de Londres organizó una gran retrospectiva de toda su obra, que incluía 185 de sus cuadros.
En 1883 regresó a Roma y Pompeya, donde se habían realizado nuevas excavaciones desde su última visita. Pasó mucho tiempo estudiando el yacimiento, al que acudía a diario. Estas excursiones le proporcionaron una amplia fuente de temas para profundizar en su conocimiento de la vida cotidiana romana. A veces, sin embargo, integraba tantos objetos en sus cuadros que algunos decían que parecían catálogos de museo.
Uno de sus cuadros más famosos es "Las rosas de Heliogábalo" (1888), basado en un episodio de la vida del libertino emperador romano Heliogábalo, que representa al emperador asfixiando a sus invitados en una orgía bajo una cascada de pétalos de rosa. Las flores representadas fueron enviadas semanalmente al estudio londinense del artista desde la Riviera francesa durante cuatro meses del invierno de 1887-1888.
La producción de Alma-Tadema disminuyó con el tiempo, en parte por motivos de salud, pero también por su obsesión por decorar su nueva casa, a la que se trasladó en 1883. A pesar de ello, continuó exponiendo durante las décadas de 1880 y 1890, recibiendo galardones como la medalla de honor de la Exposición Universal de París de 1889, la elección como miembro honorario de la Sociedad Dramática de la Universidad de Oxford en 1890 y la Gran Medalla de Oro de la Exposición Internacional de Bruselas de 1897. En 1899 fue nombrado caballero en Inglaterra, siendo el octavo artista del continente en recibir este honor. Colaboró en la organización de la sección británica de la Exposición Universal de París de 1900 y expuso dos obras que le valieron el Diploma del Gran Premio. También colaboró en la Exposición Universal de San Luis de 1904, donde fue bien recibido.
Durante esta época, Alma-Tadema desarrolló una gran actividad en el diseño y la producción teatral, diseñando numerosos trajes. También comenzó a diseñar muebles, a menudo inspirados en motivos pompeyanos o egipcios, así como ilustraciones, tejidos y marcos para cuadros. A finales de 1902 visitó Egipto. Estos otros intereses influyeron en sus cuadros, ya que a menudo incorporaba a la composición algunos de sus diseños de muebles y trajes femeninos. Durante su último periodo de creatividad, Alma-Tadema continuó produciendo cuadros que repetían la exitosa fórmula de mujeres en terrazas de mármol con vistas al mar, como en "Favoritas de plata" (1903). Entre 1903 y su muerte, Alma-Tadema pintó menos, pero siguió produciendo cuadros ambiciosos como "El hallazgo de Moisés" (1904).
El 15 de agosto de 1909 fallece Laura, la esposa de Alma-Tadema, a la edad de cincuenta y siete años. El afligido viudo sobrevivió a su segunda esposa menos de tres años. Su última gran composición fue Preparación en el Coliseo (1912). En el verano de 1912, Alma-Tadema fue acompañado por su hija Anna al balneario de Kaiserhof, en Wiesbaden (Alemania), para tratarse una úlcera de estómago. Murió allí el 28 de junio de 1912, a la edad de setenta y seis años. Fue enterrado en la cripta de la catedral de San Pablo de Londres.