Учился в студии А.И. Титова, в ВХУ при ИАХ в мастерской батальной живописи Ф.А. Рубо, в Школе живописи, рисования и скульптуры М.Д. Бернштейна и Л.В. Шервуда, затем вольнослушателем в ВХУ при ИАХ. Испытал влияние К.С. Малевича и В.Е. Татлина. Состоял в «Объединении новых течений в искусстве», обществах «Союз молодежи» и «Четыре искусства». Живописец, график, мастер плаката и политической карикатуры, иллюстратор, автор станковых графических серий и контррельефов. В 1917–1918 разработал новый тип конструктивистского агитационного плаката, сотрудничал с сатирическими журналами, Воениздатом, «Окнами РОСТА». В 1918–1921 профессор в ПГСХУМ. Вместе с С.Я. Маршаком в 1924–1933 возглавлял детский отдел Госиздата в качестве художественного редактора, в 1933–1936 – Детгиз. Основатель ленинградской школы книжной и журнальной графики, теоретик, педагог, создал новый тип модернистской детской книги, объединив вокруг этой идеи писателей и художников разных направлений. В 1936 школа Лебедева была разгромлена серией антиформалистических публикаций в «Правде» и «Детской литературе». В 1941–1950 выступил соорганизатором и художником «Окон ТАСС», после войны работал в живописи, вернулся к книжной графике, заметно изменив манеру. Заслуженный деятель искусств РСФСР (1945), народный художник РСФСР (1966), член-корреспондент АХ СССР (1967). В 1910–1920-х состоял в браке со скульптором Саррой Дмитриевной Лебедевой. Работы хранятся в ГТГ, ГРМ и др.