Lars Bak blev professionell 2002 med Team Fakta där han cyklade tillsammans med landsmannen Allan Johansen. 2004 bytte de båda till det nederländska stallet Bankgiroloterij där Bak vann sin första professionella tävling, men då Bankgiroloterij lades ner efter säsongen 2004 bytte både Bak och Allan Johansen stall till Team CSC. Sin första vinst för det nya laget blev en etapp på Luxemburg runt. Inför säsongen 2010 blev dansken kontrakterad av Team Columbia.
Lars Bak har vunnit de danska nationsmästerskapen i både tempodisciplinen – 2007, 2008 och 2009 – och på landsväg – 2005. I början av augusti 2007 vann han den sista etappen på Tour de la Region Wallonne. I början av säsongen 2007 slutade dansken trea på Tour Down Under efter Martin Elmiger och Karl Menzies.
Under säsongen 2008 slutade Lars Bak tvåa i Polen runt bakom stallkamraten Jens Voigt. Bak slutade också tvåa i Herald Sun Tour bakom Stuart O'Grady. Under Herald Sun Tour slutade dansken trea på etapp 4, en etapp där han slutade bakom Chris Jongewaard och Chris Froome.
Under säsongen 2011 gjorde Bak sin Tour de France-debut, där han arbetade hårt för att Mark Cavendish skulle ta spurtsegrar. Inför säsongen 2012 gick Bak till Lotto-Belisol[1]. Under Giro d'Italia 2012 vann Lars Bak etapp 12.