Cornelis Lely werd geboren in Amsterdam. Hij studeerde aan de Polytechnische School te Delft. In 1875 behaalde hij daar zijn diploma van civiel ingenieur. Daarna had hij verschillende banen. Zo was hij werkzaam bij de nauwkeurigheidswaterpassing en de Rijkswaterstaat. Ook was hij als ingenieur verbonden aan het het waterschap De Schipbeek. In 1886 trad Lely in dienst van de Zuiderzeevereeniging. Een jaar later werd hij benoemd tot hoofd van het Technisch Bureau. In de jaren 1887-1892 produceerde Lely een achttal technische nota's, die samen het plan-Lely vormen.
In 1891 werd Lely benoemd tot minister van Waterstaat, Handel en Nijverheid in het kabinet-Van Tienhoven. Na de val van dit kabinet in 1894 werd Lely lid van de Tweede Kamer namens de Liberale Unie. Van 1897 tot 1901 was hij minister van Waterstaat, Handel en Nijverheid in het kabinet-Pierson. Een jaar na het aftreden van dit kabinet werd Lely benoemd tot gouverneur van Suriname, een functie die hij tot 1905 bekleedde.
In augustus 1913 werd Lely benoemd tot minister van Waterstaat in het kabinet-Cort van der Linden. Als minister wist hij in 1918 de Zuiderzeewet door het parlement te loodsen. Na het einde van zijn ministerschap was Lely voorzitter van de Zuiderzeeraad.
Zijn zoon Jan Lely was hoofd van de Maatschappij tot Uitvoering van Zuiderzeewerken.
Zie ook het lemma Cornelis Lely in het Biografisch Woordenboek Waterschrijvers van J.D. van der Tuin.