Автоматика пулемета Льюиса работает по принципу использования энергии пороховых газов. При выстреле газы частично отводятся через отверстие в стволе в расположенную снизу газоотводную трубку и давят на поршень.
Запирание канала ствола производится поворотом затвора, боевые упоры которого входят в поперечные пазы ствольной коробки. Поворот затвора при запирании осуществляется криволинейным пазом на затворе и основанием стойки затворной рамы.
Пулемет состоит из следующих основных частей и механизмов: ствола с радиатором и кожухом, ствольной коробки с крышкой и подающим механизмом, затыльника с прикладом, рукоятки управления огнем со спусковым механизмом, затвора, затворной рамы, возвратно-боевой пружины с коробкой, магазина и сошки.
В передней части кожуха ствола расположен регулятор газовой камеры, который имеет два отверстия для отвода газов с буквенными обозначениями: «L» — большее отверстие и «S» — меньшее. Для перестановки регулятора с одного отверстия на другое он поворачивается на 180° с помощью рычага.
В передней и задней стенках кожуха ствола сделаны отверстия для поступления воздуха к находящемуся внутри кожуха алюминиевому радиатору. Во время стрельбы пороховые газы, вылетавшие из ствола на большой скорости, создавали у переднего и заднего срезов кожуха разность давлений, благодаря которой воздух засасывался внутрь радиатора и протягивался вдоль ствола, охлаждая как ребро радиатора, так и сам ствол.
Ударный механизм ударникового типа закреплен на стойке затворной рамы. Спусковой механизм позволяет вести только автоматический огонь.
Питание пулемета патронами при стрельбе производится из дискового двухрядного магазина, который приводится во вращательное движение подающим механизмом. Емкость магазина составляет 47 патронов. К пулеметам системы Льюиса, использовавшимся в авиации, выпускались четырехрядные магазины, вмещавшие 97 патронов. Авиационный магазин оснащался ручкой, облегчавшей его замену одной рукой.
Пехотная модель оснащается сошками, в походном положении складывающимися вдоль ствола. Пулемет Льюиса используется и как легкий станковый, для чего устанавливается на легкий треножный станок.
Использовавшиеся в авиации турельные пулеметы оснащались кольцевыми прицелами с подвижной мушкой конструкции лейтенанта Нормана. Это устройство учитывало собственную скорость самолета, что позволяло прицеливаться более точно.
