Radnóton született 1850. április 9-én szegény parasztcsaládban. Iskoláit Rimaszombatban és Sárospatakon végezte, majd a pesti egyetem bölcsészettudományi karán középiskolai tanári oklevelet szerzett. Egyetemi évei alatt igen szűkösen élt, tanulmányai költségét óraadásból és újságírásból fedezte.
Az egyetem elvégzése után a belvárosi, majd a józsefvárosi reáliskolában kisegítő tanárként dolgozott. Sokat betegeskedett, a költészet is egyre jobban érdekelte, így aztán hátat fordított a tanári pályának és újságírónak állt. Az 1870-es évek elejétől előbb a Bolond Miska, az Ellenőr, majd Nemzeti Hírlap munkatársa volt.
Mikszáth Kálmán utódaként 1881-ben a Szegedi Napló munkatársa lett. Szegeden barátkozott össze a népszerű dal- és nótaszerző cigányprímással, Dankó Pistával, aki később számos versét megzenésítette (Még azt mondják, nincs Szegeden boszorkány, Szőke kislány, csitt, csitt csitt, Egy csillag se ragyog fenn az égen, Eltörött a hegedűm).Dankó halála után Pósa országos gyűjtést kezdett, a szegedi Stefánián márványszobrot emeltetett a nótaszerző emlékére.
Pósa szegedi évei alatt kezdetben melankolikus hangulatú verseket írt szerelemről, csalódásokról, mély emberi drámákról, majd egykori iskolatársa, Mikszáth Kálmán ösztönzésére érdeklődése fokozatosan a gyermekköltészet felé fordult.
Meséivel, verseivel a legifjabb közönséget célozta meg, a legkisebbeket akarta tanítani becsületre, hazaszeretetre, a természet szépségének szeretetére, a szép versek élvezetére. Azt talán kevesen tudják: az ő műve többek közt az Én Istenem, jó Istenem, lecsukódik már a szemem kezdetű esti ima is.
Gyermekköltői hitvallását később így foglalta össze:
Az ébredező gyermeki szív, a bontakozó gyermeki lélek csakúgy megkívánja a magáét, mint a test a tiszta levegőt, a szabad mozgást, az erősítő táplálékot. A gyermeki szív és lélek tiszta levegője, szabad mozgása és erősítő tápláléka nem, mint eddig: száraz, moralizáló, tantételes költészet, hanem üde virágokkal, aranyos pillangókkal ékeskedő mezőnek friss tavaszi fuvalma.
1886-ban a neves Singer és Wolfner kiadó Gyermekversek címmel kiadta kötetét, amely igen kedvező fogadtatásra talált az ifjú olvasók és szülők körében egyaránt. 1889-ben a kiadó megbízta Pósát egy gyermekeknek szóló hetilap létrehozásával, ekkor visszaköltözött Pestre, és Benedek Elekkel együtt megindította Az Én Újságom című, első igazán irodalmi értékű gyereklapot.
Külön érdeme, hogy a gyermekirodalom számára ifjú szerzők seregét indította útjára, többek között Sebők Zsigmondot és Móra Ferencet is. Pesten az Orient Vendéglőben komoly asztaltársaság alakult ki körülötte, a „Pósa-asztalnál” a kor legjelesebb író, újságírói cseréltek eszmét egymással, és adtak írásokat Pósa lapjának.
1892-ben a Petőfi Társaság a tagjai közé választotta, 1897-ben a Kisdednevelők Országos Egyesületének tiszteletbeli tagja lett. Mintegy ötven kötet gyermekverse jelent meg, egyéb, felnőtteknek szóló versei közül sok százat zenésítettek meg, a legtöbbet Dankó Pista és − Blaha Lujza cimbalmosa − Lányi Géza, néhányat közülük Bartók Béla.
Műveit számos idegen nyelvre lefordították. Negyvenéves írói jubileumán, 1914 júniusában több tízezer gyermek köszöntötte. Nem sokkal később azonban, 1914. július 9-én meghalt az ország Pósa bácsija.
2010-ben a hódmezővásárhelyi gyermekkönyvtár az ő nevét vette fel. 2014 áprilisában kezdődött a Pósa Lajos-emlékév, amelynek során számos kulturális eseménnyel emlékeznek meg róla.
