Norman Lloyd 1937-től játszott Orson Welles repertoárszínházában, a Mercury Theatre-ben, szerepelt a színház első előadásában, Shakespeare Julius Caesar című darabjának modern adaptációjában is. Később 12 Broadway-előadásban játszott és kettőt rendezett. Első filmszerepe Welles Aranypolgárában lett volna, el is utazott a rendezővel Hollywoodba, de mikor a film költségvetését megvágták, Lloyd kiszállt a produkcióból és hazatért New Yorkba. A filmvásznon végül 1942-ben Hitchcock filmjében, a Szabotőrben debütált, Charlie Chaplinnel pedig a Rivaldafény című filmet forgatta.

102 évesen ő volt Hollywood legidősebb, még dolgozó filmese, aki nemcsak a régi nagyokkal forgatott, de korunk színészeivel is, például Denzel Washingtonnal vagy Amy Schumerrel. Nem véletlenül mondta róla az egyik születésnapján az Oscar-díjas Karl Malden színész, hogy "Norman Lloyd maga a filmtörténet".

Később Lloyd rendezte az Alfred Hitchcock bemutatja című sorozatot a televízióban, amiért 1985-ben elismerésben részesült a velencei filmfesztiválon.

Már a hatvanas éveiben járt, mikor beválogatták az Egy kórház magánélete című kórházas tévésorozatba, és 1982-1988-ig a nagy sikerű széria mind a hat évadában eljátszotta a veterán, bölcs orvos szerepét. Eredetileg csak egy évadra hívták, az általa játszott orvos rákban elhunyt volna, de a történetben olyan fontos szereplő lett, és a közönség annyira megszerette, hogy a producerek végül nem engedték el. A műsor számos Emmy-díjat kapott.

Lloydot 1970-ben a The Name of the Game, és 1974-ben a Steambath című produkcióban nyújtott alakításáért jelölték Emmy-díjra.

Mozgalmas társasági életet élt Hollywoodban, barátai között volt Jean Renoir, Buster Keaton és Judd Apatow is. Apatow Kész katasztrófa című filmjében szerepelt utoljára a filmvásznon 2015-ben.