Lloyd nació el 2 de agosto de 1960. Se graduó en la Phillips Academy en 1978 y se licenció en Filosofía y Letras por el Harvard College en 1982. Obtuvo un certificado de estudios avanzados en matemáticas y un máster en filosofía por la Universidad de Cambridge en 1983 y 1984, mientras disfrutaba de una beca Marshall. La Universidad Rockefeller le concedió el doctorado en 1988 (con Heinz Pagels como asesor) tras presentar una tesis sobre Agujeros negros, demonios y la pérdida de coherencia: Cómo obtienen información los sistemas complejos y qué hacen con ella. De 1988 a 1991, Lloyd fue becario postdoctoral en el Departamento de Física de Altas Energías del Instituto Tecnológico de California, donde trabajó con Murray Gell-Mann en aplicaciones de la información a los sistemas de mecánica cuántica. De 1991 a 1994, fue becario postdoctoral en el Laboratorio Nacional de Los Álamos, donde trabajó en el Centro de Sistemas No Lineales sobre computación cuántica. En 1994, se incorporó al cuerpo docente del Departamento de Ingeniería Mecánica del MIT. Desde 1988, Lloyd también ha sido profesor adjunto en el Santa Fe Institute.
En su libro Programming the Universe, Lloyd sostiene que el propio universo es un gran ordenador cuántico que produce lo que vemos a nuestro alrededor, y a nosotros mismos, mientras ejecuta un programa cósmico. Según Lloyd, una vez que comprendamos completamente las leyes de la física, podremos utilizar la informática cuántica a pequeña escala para comprender también completamente el universo.
Lloyd states that we could have the whole universe simulated in a computer in 600 years provided that computational power increases according to Moore's Law. However, Lloyd shows that there are limits to rapid exponential growth in a finite universe, and that it is very unlikely that Moore's Law will be maintained indefinitely.
Lloyd is principal investigator at the MIT Research Laboratory of Electronics, and directs the Center for Extreme Quantum Information Theory (xQIT) at MIT.
