נולד בשנת 1937 בפיוטרקוב טריבונלסקי שברפובליקה הפולנית השנייה, כבן הזקונים של חיה (לבית פרנקל) והרב משה חיים לאו, נצר לשושלת רבנים. אחיו הגדולים הם: יהושע (שיקו) לאו-הגר אשר ברח לישראל מהונגריה באפריל 1944 אחרי פלישת הנאצים להונגריה, נפתלי לאו-לביא (טולק) שהשגיח עליו בשואה, ושמואל יצחק (מילק) שנספה בשואה.
באפריל 1945 שוחרר מחנה בוכנוואלד על ידי חיילי ארצות הברית. ישראל לאו (כונה "לולק"), היה בן 8, ונודע כאסיר הצעיר ביותר ששוחרר מהמחנה. בין משחררי בוכנוואלד היה אביו של שחקן הכדורסל כרים עבדול-ג'באר והרב לאו שמר על קשרי ידידות עם האב ועם הבן[2].
לאחר שעזב את מחנה עתלית הוא עבר לגור בקריית מוצקין, שם אומץ על ידי משפחתה של אחות אביו, אשת הרב מרדכי פוגלמן, רבה הראשון של קריית מוצקין. בבית הספר הממלכתי-דתי אהרון הרוא"ה, שבקריית שמואל הסמוכה, השלים לאו את הלימודים שהחסיר בשנות המלחמה. למד בישיבות קול תורה, כנסת חזקיהו ופוניבז'. מאז היותו כבן 15 היה לבן-בית בביתו של הרב יצחק אייזיק הלוי הרצוג ו"האחראי על קיום המניין" בביתו של הרב הרצוג. בשנת 1956 היה פעיל ב"חבר הפעילים של המחנה התורתי" שביקש לחזק את שמירת המצוות בקרב העולים החדשים והתריע נגד כפייה חילונית[4].
הרב לאו שימש במספר תפקידים רבניים. התחיל כרב בית הכנסת "אור תורה" (שבדרום תל אביב).
בשנת ה'תשכ"ה (1965) נתמנה לרב בית הכנסת "תפארת צבי" בתל אביב-יפו[6]. בין ראשי קהילת בית הכנסת היה המשפטן, העיתונאי והפעיל הציוני משה מילר מולאור שהזמין את הרב הצעיר להשתתף ברבי שיח אותם הנחה ששודרו ב"קול ישראל" בנושאים הקשורים למסורת היהודית[7].
לראשונה נתמנה כרב עיר בשנת תשל"ט (1978), אז נבחר לכהן כרב הראשי של נתניה. בשנת 1983 נבחר לכהן כחבר מועצת הרבנות הראשית. בשנת תשמ"ח (1988) נבחר לכהן כרב הראשי האשכנזי של תל אביב-יפו במקום חותנו שהלך לעולמו. הוא כיהן בתפקיד יחד עם הרב הספרדי של העיר, הרב חיים דוד הלוי, עד לבחירתו למשרת הרב הראשי האשכנזי לישראל, וחזר אליו לאחר שנסתיימה כהונתו כרב הראשי לישראל. במקביל לפעילותו הרבנית הגיש תוכנית טלוויזיה בשם "שלום לבוא שבת" בערוץ הראשון, תוכנית ששודרה בימי שישי (לפני כניסת השבת), ועסקה בפרשת השבוע.
בשנת תשנ"ג (1993) נבחר לכהן כרב הראשי האשכנזי לישראל, וכיהן בתפקיד עשר שנים (משך הכהונה הקבוע בחוק), עד שנת תשס"ג (2003). בשנת תשס"ה (2005) נבחר בשנית לכהן כרב הראשי לתל אביב-יפו, תפקיד שממנו פרש במאי2017, כאשר הגיע לגיל 80. לקראת בחירות 2007 לנשיאות ישראל שקל להתמודד על התפקיד, אך בסופו של דבר ויתר על כך[8]. בנובמבר 2008 אישרה הממשלה את מינויו לתפקיד יו"ר מועצת יד ושם, במקומו של יוסף לפיד, שנפטר כמה חודשים קודם לכן.
ב-1997 פרסמה אורית שוחטתחקיר בעיתון "הארץ" ולפיו נהג הרב לאו לקבל תשלום במזומן על טקסי נישואין שהוא עורך, ללא דיווח לנציבות מס הכנסה וזאת אף שהוא משמש בתפקיד דיין. הרב לאו הסביר כי הכסף מיועד לתרומה לישיבה שעמד בראשה, פרסם התחייבות פומבית שלא לקבל יותר תשלום על עריכת חופות, ובמקביל הגיע להסדר עם מס הכנסה. ב-2007 החליטה פרקליטות המדינה שלא לפתוח נגדו בהליכים פליליים או משמעתיים בעניין זה, וקבעה כי "קיים עדיין ערפול בנושא, וגדר המותר והאסור לא הובהר עד תום"[9].
הרב לאו מתבלט כנואם וכמשמיע דברה של היהדות האורתודוקסית בנועם, גם באוזני ציבורים הרחוקים ממנה.
עובדת היותו ניצול השואה הביאה אותו לעסוק הרבה בעניינים הקשורים בזכרה ובהנצחתה, ובמסגרתה אף הוזמן פעמים רבות למסור נאומים בפני מנהיגי מדינות בטקסים העוסקים בזיכרון השואה.
כחלק מתפקידו כרב הראשי לישראל פעל לקיום קשר בין ראשי היהדות לבין ראשי הכנסייה הקתולית. לשם כך נפגש עם האפיפיוריוחנן פאולוס השני. גם לאחר סיום תפקידו כרב ראשי המשיך בפעילות הקשר בין הדתות.
משפחתו
הרב לאו נשוי לחיה-יוטה (חייטה) (בתו של הרב יצחק ידידיה פרנקל) ואב לשמונה. בניו הם:
שו"ת – לקט מתשובותיו בנושאים שונים; נערך על ידי בנו הרב דוד לאו.
פירוש על הגדה של פסח – הגדה זו ערוכה בשתי גרסאות; אחת המיועדת לדתיים, ואחת לחילוניים. ההגדה יצאה לאור גם במסגרת פרויקט עם הספר.
פירוש על מסכת אבות – נערך על ידי חתנו הרב אריאל שוייצר, על פי שיעורים שהעביר במשך שנים רבות. יצא לאור בעריכה מחודשת בשם אבות לדור: על מסכת אבות(הספר בקטלוג ULI).
↑לימים כשביקר הרב לאו בקרמלין בשנת 1989 ביקש ממארחיו שיסייעו באיתורו. מיכאיליצ'נקו זוהה רק בשנת 2008, לאחר פטירתו, בעקבות מחקר של חוקר אמריקני. הרב לאו פנה ליד ושם ומיכאיליצ'נקו נכלל בין חסידי אומות העולם. ראו את מכתבו של הרב לאו באתר יד ושם