Родился в Ясной Поляне, Тульской губернии, в богатой аристократической семье.

Поступил в Казанский университет, но затем оставил учёбу.

В 23-летнем возрасте отправился на войну на Кавказ. Воевал, как артиллерийский офицер в Чечне и Дагестане. Здесь начал писать.

Повесть «Детство», первая часть будущей автобиографической трилогии, была опубликована в сентябре 1852 года в журнале «Современник». Публикация сразу же сделала автора известным и поставила наряду с уже знаменитыми И. С. Тургеневым, И. А. Гончаровым, Д. В. Григоровичем, А. Н. Островским.

Когда началась Крымская война, Толстой перевёлся в действующую армию, участвовал в сражениях, а с ноября 1854 года по конец августа 1855 года находился в осаждённом Севастополе. Здесь были написаны три «Севастопольских рассказа», первый из которых, «Севастополь в декабре 1854 года» Л. Н. Толстой отправил в «Современник», где он был напечатан.

В 1857 году Толстой отправился в путешествие по Европе, из которого возвратился разочарованным европейским образом жизни.

В 1863 году Толстой решил прервать литературную деятельность и стать помещиком-землевладельцем, занимаясь просветительской работой в деревне. С этой целью уехал в Ясную Поляну, где открыл школу для крестьянских детей и создал собственную систему педагогики. В 1863 — 1869 годах написал свое фундаментальное произведение «Война и мир». В 1873 — 1877 годах создал роман «Анна Каренина».

В эти же годы полностью сформировалось мировоззрение писателя, известное под названием «толстовство», суть которого состоит в нравственном самосовершенствовании, обличении зла, непротивлении злу насилием. Эти взгляды привлекали к Толстому большое внимание, как к духовному наставнику. Со всех уголков России и мира в Ясную Поляну съезжались почитатели его творчества и воззрений.

В 1899 году вышел в свет роман «Воскресение». Последние произведения писателя — рассказы «Отец Сергий», «После бала», «Посмертные записки старца Федора Кузьмича» и драма «Живой труп». Толстой в жесткой форме ставил перед обществом вопросы смысла жизни и веры, подвергал критике все государственные институты, доходя до отрицания науки, искусства, суда, брака, достижений цивилизации. Социальная декларация Толстого опирается на представление о христианстве как о нравственном учении, а этические идеи христианства осмыслены им в гуманистическом ключе, как основа всемирного братства людей. В 1901 году последовала реакция Синода: всемирно известный писатель был официально отлучен от церкви, что вызвало громадный общественный резонанс.

28 октября 1910 года Толстой тайно от семьи покинул Ясную Поляну, в дороге заболел и вынужден был сойти с поезда на маленькой железнодорожной станции Астапово Рязано-Уральской железной дороги. Здесь, в доме начальника станции он провел последние семь дней своей жизни.