Родился Толстой 9 сентября 1828 года в усадьбе Ясная Поляна Тульской губернии в семье помещика. Родители Толстого принадлежали к высшей знати, ещё при Петре I предки Толстого по отцовской линии получили графский титул. Родители Льва Николаевича рано умерли, у него остались только сестра и три брата. Опеку над детьми взяла на себя тётя Толстого, жившая в Казани. Вся семья переехала к ней.
В 1844 году Лев Николаевич поступает в университет на восточный факультет, а потом учится и на юридическом. Толстой знал более пятнадцати иностранных языков ещё в 19 лет. Он серьёзно занимался историей, литературой. Учёба в университете продолжалась недолго, Лев Николаевич оставил университет и вернулся домой в Ясную Поляну. Вскоре он решает уехать в Москву и посвятить себя литературной деятельности. Его старший брат, Николай Николаевич, уезжает на Кавказ, где шла война, в качестве офицера-артиллериста. Следуя примеру брата, Лев Николаевич поступает на службу в армию, получает офицерский чин и отправляется на Кавказ. Во время Крымской войны Л. Толстой переводится в действующую Дунайскую армию, сражается в осаждённом Севастополе, командуя батареей. Толстого наградили орденом Анны ("За храбрость"), медалями "За защиту Севастополя", "В память войны 1853-1856 г. г.".
В 1856 году Лев Николаевич вышел в отставку. Через некоторое время он едет за границу (Франция, Швейцария, Италия, Германия).
С 1859 года Лев Николаевич активно занимается просветительской деятельностью, открыв в Ясной Поляне школу для детей крестьян, а потом способствуя открытию школ по всей округе, издавая педагогический журнал "Ясная Поляна". Толстой серьёзно увлёкся педагогикой, изучал зарубежные методики преподавания. С целью углубить свои знания в педагогике он отправляется в 1860 году вновь за границу.
После отмены крепостного права Толстой активно участвует в решении споров между помещиками и крестьянами, выступая мировым посредником. За свою деятельность Лев Николаевич получает репутацию неблагонадёжного человека, в результате чего в Ясной Поляне произвели обыск с целью найти тайную типографию. Школа Толстого закрывается, продолжение педагогической деятельности становится почти невозможным. К этому времени Лев Николаевич уже написал знаменитую трилогию "Детство. Отрочество. Юность.", повесть "Казаки", а также множество рассказов и статей. Особое место в его творчестве заняли "Севастопольские рассказы", в которых автор передал свои впечатления от Крымской войны.
В 1862 году Лев Николаевич женится на Софье Андреевне Берс, дочери врача, ставшей на долгие годы его верным другом и помощником. Софья Андреевна взяла на себя все заботы по хозяйству, а кроме того она стала редактором своего мужа и первым его читателем. Жена Толстого вручную переписывала все его романы перед отправлением в редакции. Достаточно представить, сколь сложно было подготовить для печати "Войну и мир", чтобы оценить самоотверженность этой женщины.
В 1873 году Лев Николаевич окончил работу над "Анной Карениной". К этому времени граф Лев Толстой становится известным писателем, получившим признание, ведущим переписку со многими литературными критиками и авторами, активно участвующим в общественной жизни.
В конце 70-х годов - начале 80-х годов Лев Николаевич переживает серьёзный духовный кризис, пытаясь переосмыслить происходящие в обществе перемены и определиться в своей позиции гражданина. Толстой решает, что необходимо заботиться о благополучии и просвещении простого народа, что дворянин не имеет права быть счастливым, когда крестьяне находятся в бедственном положении. Он пытается начать перемены с собственного имения, с перестройки своего отношения к крестьянам. Жена Толстого настаивает на переезде в Москву, так как детям необходимо получить хорошее образование. С этого момента начинаются конфликты в семье, так как Софья Андреевна пыталась обеспечить будущее своих детей, а Лев Николаевич считал, что с дворянством покончено и пришло время жить скромно, как весь русский народ.
В эти годы Толстой пишет философские сочинения, статьи, участвует в создании издательства "Посредник", занимавшегося книгами для простого народа, пишет повести "Смерть Ивана Ильича", "История лошади", "Крейцерова соната".
В 1889 - 1899 годах Толстой заканчивает роман "Воскресение".
В конце жизни Лев Николаевич окончательно решает разорвать связь с обеспеченной дворянской жизнью, занимается благотворительностью, просвещением, меняет порядки в своём имении, давая свободу крестьянам. Такая жизненная позиция Льва Николаевича стала причиной серьёзных домашних конфликтов и ссор с женой, которая иначе смотрела на жизнь. Софья Андреевна переживала за будущее своих детей, была против неразумных, с её точки зрения трат Льва Николаевича. Ссоры становились всё серьёзнее, Толстой не раз предпринимал попытку уйти из дома навсегда, дети переживали конфликты очень тяжело. Былое взаимопонимание в семье исчезло. Софья Андреевна пыталась остановить мужа, но потом конфликты переросли в попытки раздела имущества, а также прав собственности на произведения Льва Николаевича.
В конце концов 10 ноября 1910 года Толстой покидает свой дом в Ясной Поляне и уходит. Вскоре он заболевает воспалением лёгких, вынужден остановиться на станции Астапово (ныне станция Лев Толстой) и там умирает 23 ноября.