Джон Литгоу родился в театральной семье. Его отец, Артур, был продюсером и режиссером, а мать, Сара Джейн, играла на сцене. В детстве он появился в ряде шекспировских пьес, но был больше заинтересован в карьере художника. «Я не хотел идти в театр. Это было семейное дело, - позже вспоминал он. - Все мое детство я хотел быть художником-живописцем».
Литгоу поменял планы, будучи студентом Гарвардского колледжа, появившись в Utopia Limited Гилберта и Салливана. Литгоу покорили восторженные отзывы зрителей. После этого он решил стать актером. Окончив колледж в 1967 году, Литгоу отправился в Англию. Там он учился в престижной Лондонской академии музыки и драматического искусства.
По возвращении в Соединенные Штаты, Литгоу работал режиссером в театральной труппе своего отца. Он искал и актерские роли, но с небольшим успехом. В 1972 году Литгоу получил роль, с которой начал свою карьеру: звезды регби Кендалла в The Changing Room, пьесе Дэвида Стори.
В 1973 Литгоу переехал на Бродвей. Его участие в шоу принесло ему признание критиков и первую награду «Тони». Кинокарьере Литгоу вначале помог его друг Брайан Де Пальма. Де Пальма порекомендовал Литгоу на его первую роль в кино в фильме «Сделка» (1972), а позже снял его в собственном триллере, «Наваждение» (1976). В 1981 году вышел триллер «Прокол», где Литгоу убедительно сыграл хладнокровного убийцу. Литгоу также поразил критиков и зрителей своим перевоплощением в транссексуала и бывшего футболиста в фильме «Мир глазами Гарпа», где в главной роли снялся Робин Уильямс. За эту роль он получил первую номинацию на «Оскар».
В 1983 он снялся в душещипательной мелодраме «Слова нежности», а затем показал свою суровую, авторитарную сторону в популярном фильме «Свободные» с Кевином Бэйконом. В том фильме он сыграл роль проповедника, который запретил рок-н-ролл в своей маленькой общине.
В 1990-е годы Литгоу обрел успех и на малом экране. Он снялся в популярном ситкоме «Третья планета от Солнца» с Джейн Кертин, Кристен Джонстон, Джозефом Гордон-Левиттом и Френчем Стюартом. Его герой, доктор Дик Соломон - инопланетянин, который прибыл на Землю и замаскировался под преподавателя колледжа. Сериал шел шесть сезонов и принес Литгоу множество наград, в том числе три «Эмми» и «Золотой глобус».
Снимаясь в «Третьей планете от Солнца», Литгоу уделял время и другим проектам. В 1999 году он выпустил альбом детской музыки, Singing' in the Bathtub. Литгоу также озвучил героев нескольких анимационных фильмов, в том числе «Карапузы в Париже» и «Шрек».
В 2009 году Литгоу снова встряхнул телезрителей своим жутким изображением серийного убийцы в популярном сериале «Декстер». Кроме того, Литгоу написал множество книг для юных читателей, в том числе Marsupial Sue и The Remarkable Farkle McBride. В 2011 году Литгоу выпустил книгу Drama: An Actor's Education для более зрелых зрителей.
В 1981 году Литгоу женился на докторе Мэри Игер, профессоре UCLA. У них двое детей, и в настоящее время делят свое время между Лос-Анджелесом и Нью-Йорком. У него также есть сын от первого брака с Фиби Джин Тейнтон.
