Han gikk russiskspråklig gymnas i Tartu, og studerte deretter russisk og slavisk filologi ved Universitetet i Tartu. Han tok doktorgraden i semiotikk i 2000. Han ble i 1991 professor ved Universitetet i Tallinn og lektor/seniorforsker ved Universitetet i Tartu. Han har særlig beskjeftiget seg med generell semiotikk og kultursemiotikk samt med tekstteori og russisk litteraturhistorie. Lotman emeriterte i 2020.