Originario di Parigi, ha scoperto la Cinémathèque Française, ha trovato la sua passione per il cinema. Nell'arco di due anni, è riuscito a vedere oltre mille film, restando affascinato sia dai classici hollywoodiani che dall'avanguardia europea degli ultimi anni Sessanta. Si è iscritto alla École Louis Lumière (al tempo chiamata "Vaugirard", dal nome della strada in cui era situata) e ha studiato Storia dell'arte alla École du Louvre.
Ha esordito nel cinema come assistente dei direttori della fotografia Bernard Lutic e Ricardo Aronovich. Mentre girava dei corti, Lenoir ha avuto la fortuna di lavorare per Olivier Assayas, all'epoca critico del Cahier du Cinéma. Nel 1986, Assayas gli ha chiesto di fare da cineoperatore per il suo primo lungometraggio. E' stato l'inizio di una collaborazione che li ha portati a realizzare sette film insieme. Con l'ultimo, , Lenoir ha vinto la Rana di bronzo al Camerimage nel 2002. Lenoir ha lavorato anche con Patrice Leconte ne con Bertrand Tavernier in e con François Ozon in
Nel 1989, ha conosciuto il regista australiano Rolf De Heer in aereo e l'anno seguente hanno girato insieme (candidato al premio per la migliore fotografia all'Australian Film Institute). Ha poi realizzato di Christopher Hampton e l'anno seguente, Il grande entusiasmo che lo anima ha portato Lenoir a essere invitato dalla Australian Film School di Sydney per due anni di seguito per condurre seminari di fotografia cinematografica.
Il primo film americano di Lenoir è stato , girato a Chicago, dove ha incontrato l'attrice Joy Gregory (ora autrice televisiva e sua moglie). Fra i suoi altri film americani, citiamo e .
Fra i riconoscimenti avuti di Lenoir, citiamo , per il quale ha vinto il premio Kodak per 'Outstanding Contribution to Image Development' al Madridimagem Film Festival del 2001. Per la miniserie di Jon Avnet, Lenoir ha vinto l'ASC Award nel 2002, per la migliore fotografia ed è stato candidato all'Emmy.
Il talentuoso Lenoir ha creato la Association Française des directeurs de la photographie Cinématographique (AFC) con altri due colleghi ed è cavaliere dell'Ordre National du Mérite.
E' infine uno stimato fotografo e autore del primo libro in francese sul regista John Cassavetes, pubblicato a Parigi nel 1986.