Beslutet på måndagen innebär att de fyra domarna mot Lula, som den tidigare presidenten allmänt kallas, om bland annat korruption och mutor dras tillbaka. Domarna rör kontakter med det brasilianska statliga oljebolaget Petrobras.
I det överraskande beslutet anser domaren Edson Fachin att rättegången måste göras om, då den domstol i staden Curitiba där fallet prövades saknade jurisdiktion i fallet.
I stället ska rättegången göras om i en federal domstol i huvudstaden Brasília, säger Fachin.
Hans beslut ska granskas av hela Högsta domstolen. En statsåklagare säger att beslutet ska överklagas.
Bolsonaro till attack
Men president Bolsonaro, som står på motsatt sida politiskt i förhållande till Lula, säger att han hoppas att en samlad Högsta domstol häver domare Fachins beslut. Bolsonaro säger också att han inte tror att det brasilianska folket vill ha en vänsterledare som Lula.
De två är ärkerivaler, med ett tämligen stort uppbyggt hat gentemot varandra.
Lula har avtjänat 18 månader i fängelse, och har inte fått ställa upp i val på grund av domen.
Den tidigare fackföreningsledaren var president 2003–2010, men var en av flera som dömdes efter en omfattande antikorruptionsinsats kallad operation biltvätt.
Står beslutet fast att rättegången måste göras om kan den 75-årige Lula ställa upp i presidentvalet 2022.
Fördel Lula
En opinionsmätning som utförts av mätinstitutet Ipec och som publicerades i tidningen O Estado de S. Paulo i förra veckan visade att 50 procent av de drygt 2 000 tillfrågade skulle eller kunde tänka sig att rösta på Lula. I samma mätning svarade 38 procent att de skulle eller kunde tänka sig att rösta på Bolsonaro.
I opinionsmätningen svarade också 44 procent av de tillfrågade att de aldrig skulle rösta på Lula, medan 56 procent sade att de inte skulle kunna tänka sig att rösta på den sittande presidenten.
Sammanlagt finns det tio potentiella kandidater i valet 2022, skriver Reuters.