Dès 1992, il programme et co-gère le Cinéma Rex à Aubonne. Entre 1995 et 1999, il poursuit des études à la Faculté des Lettres de l'Université de Lausanne. Dès 1996, il travaille comme assistant-réalisateur avec Jacqueline Veuve, Richard Dindo, Jean-Stéphane Bron et Yves Yersin.
Depuis 2002, Lionel Baier est chef du Département cinéma de l'Ecole Cantonale d'Art de Lausanne (ECAL). Il s'est vu décerner le « Best European Director Prize » au NEFF 2005 de Vitoria-Gasteiz.
On l'a d'abord remarqué en France avec la diffusion d'un excellent documentaire, La Parade (Notre histoire) qui suit, pendant sept mois, en 2001, l'organisation d'une parade homosexuelle sur le modèle des Gay Pride des grandes capitales... mais à Sion, au centre du canton montagnard et catholique du Valais. Une région où l'évêque de Sion vouait les homosexuels aux feux de l'enfer ! A l'aspect militant et documentaire, le réalisateur ajoute une dimension très personnelle, un questionnement qui élargit la portée du film sur le thème de la différence, dans le regard porté sur les autres comme sur soi-même.
On retrouve cette même profondeur, sur un ton enjoué et vif, dans chacune de ses réalisations. Dans ses premiers essais - Celui au Pasteur ma vision personnelle des choses (2000), Mon père, c'est un lion (2002), comme dans ses longs-métrages de fiction, dans lesquels il s'amuse à brouiller les frontières entre rêve et naturalisme, réalité et romanesque, pour ne former qu'une seule matière, cinématographique et intrigante - Garçon stupide (2004), Comme des voleurs (à l'est)- 2006, Un autre homme (2008).
Dans Les Grandes Ondes (à l'ouest), Lionel Baier poursuit ce qu'il appelle désormais une tétralogie autour des points cardinaux de l'Europe, "sorte de cartographie affective des Européens entre eux". On y suit une équipe de la Radio Suisse Romande dans reportage complaisant sur l'aide suisse au développement du Portugal. C'est le moment que choisissent le peuple et l'armée pour renverser le pouvoir en place. Road-movie tendre, libertaire et féministe, Les Grandes Ondes se distingue des films précédents par une forme plus rigoureuse, un format scope et un cadrage très frontal.
En 2015 sort La Vanité, une comédie mordante sur un vieil homme malade qui veut mettre fin à sa vie, et a donc recours à une association d'aide au suicide.
