呂範年輕時只是壹名汝南郡的縣吏，但是儀表過人。城裏有劉姓人家，家境富裕而且女兒非常美麗，呂範前往求親，劉氏的母親嫌棄呂範，不願意答應婚事，但是劉氏卻說：“您認為呂子衡會是個長貧的人嗎？”意指在她眼中呂範有其過人之才，將來必得顯貴，於是決定嫁予呂範。
追隨孫策後來呂範避難至壽春，結識了當時在袁術手下效
力的孫策，孫策認為呂範與眾不同，以禮相待。於是呂範將自己的百余名門客交由孫策指令，自此跟從孫策。當時孫策的母親吳夫人身處江都，孫策派遣呂範迎吳夫人回曲阿，讓母親暫棲於舅氏吳景之處。徐州州牧陶謙認定呂範是袁術壹方的內應，下令各縣通緝呂範。呂範知情後，親自招募能手，引領門人偷偷將吳太夫人接走，再迅即回到孫策之處，成功完成使命。當時孫策還未建立功業，手下就只有呂範和族人孫河經常跟隨左右，二人常為孫策四處奔走，不避危難，渡江取夫人就是其中壹例；因此孫策亦視呂範為至親，每每請其赴宴，便與吳夫人壹起飲食，並不緊執君臣之禮。
呂範之後跟隨孫策攻破廬江，隨軍東渡長江，向江東地區進軍。呂範率軍在橫江、當利壹帶擊敗張英、於麋等眾，南下攻陷至丹楊、湖孰，受領湖孰相。孫策攻克秣陵、曲阿後，收編了笮融、劉繇的余部，增派給呂範兵士二千及馬五十匹。此後呂範出任宛陵令，擊敗丹陽賊寇，回到吳郡後升任都督。
其時下邳陳自號吳郡太守，據地自守，屯於海西，並與當地豪強嚴白虎勾結。於是孫策親自帶兵征討嚴白虎，另遣呂範與徐逸攻打陳，呂範軍隊大敗敵軍，並且斬下大將陳牧的首級，陳敗投袁紹。此後呂範跟隨孫策攻打在陵陽的祖郎、駐守勇裏的太史慈，先後平定七個縣，拜為征虜中郎將，又出征江夏郡，回來平定了鄱陽地區。
輔佐孫權 建安五年（200年），孫策病逝，呂範回到吳郡奔喪。此後孫策的弟弟孫權接掌東吳勢力，繼承軍隊，再征江夏，呂範奉命與重臣張昭留守根據地吳郡。
建安十三年（208年）赤壁之戰中，呂範跟隨周瑜破敵有功，戰後官拜裨將軍，領彭澤太守，受彭澤、柴桑、歷陽三地奉邑。
之後，劉備親自來到建業與孫氏結為姻親，呂範曾建議軟禁劉備，然而其計最終沒有實行。後來呂範遷任平南將軍，屯軍柴桑。
建安二十四年（219年），當孫權正要背盟偷襲劉備駐守荊州的大將關羽前，曾到過呂範的家跟他說：“如果當初聽從妳的建議，今天就不必勞師動眾了。如今我將逆流攻討關羽，妳要幫我守衛好建業。”結果孫權成功討破關羽，之後回師遷都武昌。呂範拜為建威將軍，封宛陵侯，領丹楊太守，治理舊都建業，並監督扶州以南直至南海地區壹帶的軍隊，食邑溧陽、懷安、寧國。
後來，魏將曹休、張遼、臧霸率軍進攻東吳，呂範率領徐盛、全琮、孫韶等將領，以水軍在洞口縣壹帶拒敵。其時呂範受封前將軍假節，並改封南昌侯。可是當時前線遭逢大風，水軍船只相繼傾覆，士卒亦多墮水受溺，死者數以千計，於是撤軍還守。不過回軍後，呂範仍被任命為揚州牧。
生榮死哀呂範好威儀，諸士族子弟如陸遜、全琮等人，都對他恭敬有禮，不敢有輕佻的行為。呂範的居所及身上的服飾，在當時很奢侈，但他勤勞做事奉守法度，所以孫權喜愛他的忠勤，沒有責怪他的揮霍。
有人在孫權面前離間說呂範與賀齊的裝飾美好綺麗，與王者之服相似，孫權說：“當年管仲有越過禮儀的過錯，而齊桓公寬容的對待，無損於霸業。如今子衡、公苗（賀齊字），並沒有夷吾（管仲名）的過失，只是裝備的器械精良，舟車隊列嚴整罷了，這只是用作改變軍容，對統治有什麽損害呢？”那個人於是不敢再說了。
黃武七年（228年），呂範遷任大司馬，可是印綬尚
未下發便因病逝世。孫權為其素服舉哀，並遣使者追贈印綬。後來在回建業的路上，孫權經過呂範墳墓，仍忍不住悲呼：“子衡！”並且淚流不止。孫權回都後，更下令以太牢之禮（豬、牛、羊三牲齊備謂之太牢，是古時天子祭祀社稷天地所用的大禮）祭祀呂範。
呂範死後，其長子因已先死，故此由次子呂據襲爵。
軼事典故 不肯私請孫策管理江東時讓呂範管理財務，孫權當時年少，曾經因私事有求於呂範，呂範說要先稟報孫策，不敢擅作主張，當時因此而有隙。孫權代理陽羨長時，曾拿錢供自己私用，孫策每次查賬，都是功曹周谷幫著孫權寫假賬，讓他沒有受到責問。孫權當時很高興，等到後來掌理江東後，覺得呂範更加忠誠，於是特別信任他，而認為周谷欺騙人作假賬，於是不用他。
正直嚴厲孫策平定丹楊郡後，曾與呂範下棋，呂範請暫領都督壹職，孫策說：“妳已經是壹位統領眾多士兵的將領了，怎麽好為了我委屈妳再去當那小小的職務呢？”呂範說：“如今我之所以遠離故鄉，把性命托付給將軍妳，不是為了自己的妻子，是想成就壹番事業。這就好像與您壹起乘船渡海，壹旦有壹件事情做不好，我們兩人就都會失敗。所以我這樣考慮並非全是為您。”孫策笑，而不知道如何回答。呂範出門後騎馬執鞭，自稱都督，孫策於是委任他為都督，命其管理部眾，使得軍中安寧和睦，法令得以施行貫徹。
歷史評價 劉氏：“觀呂子衡寧當久貧者邪？”孫權：“昔管仲逾禮，桓公優而容之，無損於霸。今子衡身無夷吾之失，但其器械精好，舟車嚴整耳，此適足作軍容，何損於治哉？”“呂子衡方吳漢。”“呂子衡忠篤亮直，性雖好奢，然以憂公為先，不足為損，避袁術自歸於兄，兄作大將，別領部曲，故憂兄事，乞為都督，辦護整，加之恪勤，與吳漢相類，故方之。”
陳壽：“朱治、呂範以舊臣任用，朱然、朱桓以勇烈著聞，呂據、朱異、施績鹹有將領之才，克紹堂構。若範、桓之越隘，得以吉終，至於據、異無此之尤而反罹殃者，所遇之時殊也。”
傅玄：“及權繼其業，有張子布以為腹心，有陸議、諸葛瑾、步騭以為股肱，有呂範、朱然以為爪牙，分任授職，乘間伺隙，兵不妄動，故戰少敗而江南安。”
陸機：“政事則顧雍、潘、呂範、呂岱以器任幹職。”
章如愚：”如程普、黃蓋、甘寧、徐盛、潘璋、朱然、朱桓、賀齊、淩統、全琮、呂範，皆智足以禦眾，勇足以卻敵，未有不為守令之職者。“
郝經：“朱治、呂範以勛舊重，朱然、朱桓以膽勇稱，皆隱然敵國有古大將之風。”“天分鼎裂，鷙搏狼抗。成霸安疆，式資良將。形勢深阻，江山沈雄。勢常北向，以守為攻。舟楫是利，武騎無用。矯矯諸臣，功崇信重。”
李漁：“魏有管輅之蔔，吳有呂範之蔔，壹定軍於先時，壹料擒於臨事。”
家庭成員 妻子劉氏。
子嗣長子名不詳，早卒。
呂據，字世議，呂範次子。
藝術形象 文學形象演義描寫
在小說《三國演義》中，呂範初登場於第十五回。其時孫策正屈處袁術軍中，郁郁不得誌，在某次筵席之後與舊臣朱治商議獨立之時。當時作為袁術謀士的呂範，知道孫策必有所為，在聽到孫策的大計後，便提出要帶領門人跟從孫策。三人在商議過程中，孫策提及有傳國玉璽於手，呂範認定袁術得此後必肯借兵予孫策，結果果然成功借得軍隊，自此呂範便隨孫策建立基業。
在第二十九回中，孫策將要怒斬於吉，呂範為救於吉，便提出讓於吉求雨贖罪的建議。可惜盡管於吉求雨成功，孫策仍堅持要把於吉殺掉。在第四十四回中，赤壁之戰前夕，呂範與諸葛瑾態度壹致，偏向投降求安。當周瑜決定開戰後，呂範與朱治***同擔任四方巡警使，催督六部官軍。
在第五十四回中，赤壁戰後，孫權與劉備表面為盟友，實則互競詭譎。其時周瑜獻美人之計，欲以孫權之妹許配劉備，讓劉備入贅為東吳女婿，當時孫權認為說媒的任務只有呂範能勝任，於是就命呂範向劉備提親。呂範便以“人不可中道而廢人倫”與及“兩家結秦晉之好”為由，說服劉備接受親事。然後呂範便壹直充當女方媒人之務，參與對付劉備計劃。當劉備到甘露寺見吳國太之時，呂範更建議伏刀斧手以斬殺劉備，然而失敗告終。
在第七十六回中，孫權命呂蒙為督，偷襲荊州，追殺關羽，將其迫到麥城。孫權在正式出軍要擒關羽前，呂範要求進行蔔卦，結果求得“地水師卦”，更有玄武臨應，主敵人遠奔。在次回呂範再次蔔卦，知道關羽即將從麥城中突圍而出，投西北方而走，並必於亥時就擒，結果成功擒住關羽（玄武與亥時之卦，與第七十三回中關羽所作黑豬之夢有所對應，玄武對應黑色，亥時對應動物是豬）。
在第八十五回中，陸遜統領吳軍將舉國來侵的劉備擊退後，曹丕乘蜀吳交戰之時安排曹仁、曹休、曹真三路襲吳，然而吳軍早已有所準備，遣諸葛瑾引兵在南郡抵抗曹真，令朱桓引兵當住濡須以拒曹仁，呂範則受命抵禦曹休，並成功將敵軍殺敗（事實上，洞口之役的結果是呂範敗於曹休、臧霸等）。