Klaus Lohmann wurde 1936 als Sohn eines Lehrers und einer Hausfrau in Witten geboren. Im Zuge der Evakuierungen aus dem luftkrieggefährdeten Ruhrgebiet kam er 1943 nach Baden.
Nach einer Werbemaßnahme des Ruhrbergbaus in seiner Schule und einer Probefahrt auf der Zeche Mansfeld in Bochum-Langendreer entschied er sich 1953, auf dieser Zeche als Bergjungmann anzulegen. Der Besuch der Bergvorschule in Witten zwischen 1956 und 1958 sowie der Bergschule in Dortmund 1960 führte zu einer Anstellung als Grubensteiger auf der Zeche Minister Achenbach Lünen-Brambauer. Auf Minister Achenbach war er außerdem als Schachtgruppenvorsitzender und als Angestelltenvertreter im Betriebsrat aktiv. 1966 gab er diese Stellung im Bergbau zugunsten einer politischen Laufbahn auf.
Bereits im Alter von 12 Jahren, 1948, trat Klaus Lohmann den Falken bei. 1954 wurde er Mitglied der SPD, ein Jahr später der IG Bergbau und Energie. Sein älterer Bruder vermittelte ihm in den 1960er Jahren die Möglichkeit, an einer von Herbert Wehner initiierten Fortbildung für politische Nachwuchskräfte in der SPD teilzunehmen. Seit 1966 wirkte er als Geschäftsführer der SPD in Bochum und Witten, seit 1975 als Unterbezirksgeschäftsführer. Von 1983 bis 1998 vertrat er den Wahlkreis Bochum-Witten als Abgeordneter im Deutschen Bundestag.
1970 übernahm Klaus Lohmann ein Ratsmandat in Witten. Zwischen 1978 und 1983 sowie 1989 und 1999 versah er ehrenamtlich das Wittener Bürgermeisteramt. 1999 wurde er zum ersten hauptamtlichen Bürgermeister gewählt, der er bis 2004 blieb.
Klaus Lohmann ist Träger des Bundesverdienstkreuzes 1. Klasse und Ehrenbürger verschiedener Wittener Partnerstädte. Er führt den Vorsitz im Förderverein Bergbauhistorische Stätten Ruhrrevier e.V. und den stellvertretenden Vorsitz im Förderverein der Wittener Zeche Nachtigall.