以前在遇到这个问题时，都是偷懒使用sudo apt-get install python-lxml（Debian系的Linux发行版）直接安装已打包好的deb包。但一方面这样安装的不是最新的库，另一方面我希望把所有的Python第三方库都限制在virtualenv中使用，所以希望使用pip install lxml，那么这个问题就必须解决了。
Google了一把，在这里找到了解答。
其实在编译失败的log里，已经有提示：
make sure the development packages of libxml2 and libxslt are installed
所以正确编译需先安装libxml2和libxslt这两个包。
sudo apt-get install libxml2
sudo apt-get install libxslt
另外，还需安装Python开发包python-dev：
sudo apt-get install python-dev
OK，再执行pip install lxml就没问题啦。