Лотарь приходился старшим сыном императору Людовику Благочестивому (778– 840 гг.) и внуком Карлу Великому768814 и 80014. После того, как Людовик унаследовал престол своего отца в 814 г., он сделал Лотаря королем Баварии ( 817 г.), а вскоре — своим соправителем. Чтобы сохранить единство империи, Людовик Благочестивый издал так называемый «Ordinatio imperii» ( 817 г.), согласно которому его младшие сыновья Пипин и Людовик (Немецкий) после его смерти получали во владение соответственно Аквитанское королевство и Баварию, но при этом должны были оставаться вассалами императора Лотаря, т. е старшего из них. В 822 г., находясь в Италии, Лотарь получил императорское помазание от папы Пасхалия I. После этого Лотарем была создана так называемая Римская конституция («Constitutia Romana», 824 г.), закрепляющая его владычество над Римом и требующая от папы принесения присяги верности императору.

В 829 г. Людовик Благочестивый под влиянием своей второй жены Юдифи пересмотрел свое завещание и даровал часть земель, прежде принадлежавших Лотарю, своему сыну от Юдифи Карлу Лысому84377, что привело к ссоре Лотаря с отцом. В 830 г. в результате заговора Лотарь снова стал соправителем отца, но вскоре вновь был отстранен от управления империей.

Недовольные правлением Людовика, все три сына от первого брака подняли в 833 г. восстание и свергли императора. Однако семье все же удалось примириться, и Людовик Благочестивый был восстановлен на престоле. В 838 г. умер Пипин, и это событие подвигло Людовика к новому переделу наследства. Согласно этому переделу, Бавария и прилегающие территории достались Людовику Немецкому, а остальные земли должны были быть поделены между Лотарем и Карлом Лысым. Лотарь получал восточную часть империи и сохранял за собой титул императора, правда, номинально, т. к. братья уже не находились в вассальной зависимости от него.

После смерти в 840 г. Людовика Благочестивого Лотарь попытался силой добиться вступления в силу завещания 817 г. Но братья Людовик Немецкий и Карл Лысый разбили войска Лотаря в битве при Фонтенуа ( 841 г.), после чего в августе 843 г. был заключен Верденский договор843 о разделе империи, созданной Карлом Великим. По этому договору, Лотарь получал во владение центральную часть франкских земель от Северного моря до Италии, Людовик — восточные земли, а Карл — западную часть империи.

В 850-е гг. Лотарь разделил свое государство между сыновьями Людовиком, получившим Италию, Карлом, ставшим королем Прованса и Лотарем II, получившим территорию, носившую название Лотарингии. После этого Лотарь оставил престол и удалился в монастырь, где и умер в 855 г.