Né en 1977, il effectue des études de violon, de chant, d’écriture, de chant grégorien et de direction de chœur et d’orchestre.

Durant ses années de formation, il prend la direction de plusieurs ensembles vocaux : Maîtrise des Petits Chanteurs de Saint-Christophe en 1995, ensemble vocal Les Temperamens en 2000. 

Depuis 2004, il collabore régulièrement avec le Chœur de Radio France, le dirige lors de concerts a cappella ou le prépare pour des programmes symphoniques.

De 2006 à 2014, il assure la direction artistique de la Maîtrise Notre-Dame de Paris, après y avoir exercé en tant qu’assistant de Nicole Corti pendant quatre ans.  Au fil des saisons de la cathédrale, il s’attache à faire entendre les grands chefs d’œuvre de la musique sacrée et un important répertoire a cappella allant de la Renaissance à la musique d’aujourd’hui. Il a notamment assuré la création d’œuvres de Vincent Bouchot, Edith Canat de Chizy, Yves Castagnet, Thierry Escaich, Philippe Hersant, Thomas Lacôte, Jean-Pierre Leguay, Caroline Marçot, Benoît  Menut, Vincent Paulet, Michèle Reverdy, etc. 

En 2011, Lionel Sow a pris la direction du Chœur de l’Orchestre de Paris. 

De 2012 à 2015, il crée successivement l’Académie, le Chœur de chambre, le Chœur d’enfants et le Chœur de jeunes de l’Orchestre de Paris. 

Dans le cadre de ses fonctions, il s’est produit dans de nombreux festivals internationaux et a collaboré avec Thomas Adès, Myung-Whun Chung, Gustavo Dudamel, Mikko Franck, Leonardo García Alarcón, Valery Gergiev, Daniel Harding, Thomas Hengelbrock, Pablo Heras-Casado, Paavo Järvi, Louis Langrée, Jesús López Cobos, Enrique Mazzola, Sir Roger Norrington, Raphaël Pichon, Pascal Rophé, François-Xavier Roth, Esa-Pekka Salonen, Michael Tilson Thomas, Simone Young, etc. 

Depuis 2017, Lionel Sow enseigne la direction de chœur au Conservatoire national supérieur de musique et de danse de Lyon.

En octobre 2021, il a été nommé directeur artistique du Chœur du Forum national de la musique à Wrocław en Pologne.

Au titre de son abondante discographie, citons notamment : le Requiem de Jean Gilles (Studio SM), la Passion selon saint Matthieu de Schütz (Studio SM), la Messe Salve Reginad’Yves Castagnet ainsi que les célèbres Litanies à la Vierge noire de Francis Poulenc (Hortus), les Vêpres de la Vierge de Philippe Hersant (MSNDP).

Lionel Sow a été fait Chevalier dans l’ordre des Arts et des Lettres en janvier 2011.