Лев Выгодский родился 17 ноября 1896 года в городе Орша, Республика Беларусь. Через год семья перебралась в город Гомель, где отец мальчика получил должность заместителя управляющего местного отделения Соединенного банка. Образованием детей занимался частный учитель. Получив начальное образование дома, подросток поступил в 6-й класс казенной гимназии, а закончил последние два класса - в частной еврейской мужской гимназии.
В 1913 году, Выгодский поступил на медицинский факультет Московского университета, но вскоре перевелся на юридический. Будучи студентом, написал двухсотстраничное исследование «Трагедия о Гамлете, принце Датском У. Шекспира», которое по окончании университета представил в качестве дипломной работы. В 1916 году, начинающий психолог опубликовал статьи на литературные темы в посвященном вопросам еврейской жизни еженедельнике «Новый путь», в котором на тот момент работал техническим секретарем.
До 1917 года включительно, Лев активно писал на темы еврейской истории и культуры, выражая неприятие антисемитизма в русской литературе и негативное отношение к идеям социализма и коммунизма. В 1917 году, бросил занятия на юридическом факультете Московского университета и закончил обучение на историко-философском факультете Университета имени Шанявского. После октябрьской революции 1917 года, молодой человек на непродолжительное время переехал в город Самара. Позднее, в 1918 году, с матерью и младшим братом предпринял поездку в город Киев, но затем вернулся в Гомель.
С 1919 года, вместе с двоюродным братом Давидом Выгодским работал учителем литературы в советской трудовой школе и педагогическом техникуме, а также в профтехшколах печатников и металлистов, вечерних курсах Губполитпросвета и еще ряде учебных заведений. Одновременно с педагогической работой, Лев Выгодский заведовал театральным подотделом Гомельского отдела народного образования, затем художественным отделом при Губнаробразе. Опубликовал более восьмидесяти театральных рецензий в газетах «Полесская правда» и «Наш понедельник». В 1922 году, возглавил издательский отдел «Гомпечать». В 1923 году, назначен литературным редактором издательского отдела Гомельского губернского управления партийной и советской печати.
В конце 1922 года поступил на работу преподавателем Гомельского педагогического техникума, а в первой половине 1923 года, занимался организацией психологической лаборатории. На протяжении нескольких летних месяцев 1923 года, Выготский руководил экспериментальной работой студентов Московского педологического института в кабинете-лаборатории при Гомельском педагогическом техникуме. В том же году, Лев Выгодский изменил одну букву в личной фамилии, чтобы отличаться от уже известного двоюродного брата - Давида Выгодского, в результате чего образовалась фамилия - Выготский.
Далее, в 1924 году, Выготский переехал в город Москва. Летом 1925 года, психолог совершил единственную поездку за границу, в качестве ответственного работника Наркомпроса, посетив Международную конференцию по просвещению глухонемых детей в Лондоне. В декабре 1927 года, назначен директором Медико-педагогической станции и оставался в должности до 10 октября 1928 год. Позднее, являлся внештатным консультантом и научным руководителем психологических лаборатории. Далее, 1 марта 1931 года, Выготский получил продвижение по службе и перевод с должности «сотрудника 1 разряда» в «действительные члены» института. Работал также в ряде правительственных, образовательных, медицинских и исследовательских организаций в городе Москва, Ленинград, Харьков и Ташкент.
Являлся основателем исследовательской традиции изучения высших психологических функций, которая известна с критических работ, как «культурно-историческая теория» в психологии. Так же, Выготский Лев Семенович известен как автор литературоведческих публикаций и работ по педологии и когнитивному развитию ребенка.
В самом начале 1934 года, Выготского пригласили во Всесоюзный институт экспериментальной медицины, который создавался в то время в городе Москва, для организации сектора психологии, но в мае того же года, Льва Семеновича госпитализировали, а 11 июня 1934 года, психолог скоропостижно скончался от туберкулеза. Похоронен на московском Новодевичьем кладбище.
Выготский прожил 37 лет. У него был туберкулёз, которым он заболел в молодости и с которым безуспешно боролся. Когда весной 1934 года из-за очередного приступа болезни его отвезли в санаторий в Серебряный бор, он взял с собой только одну книгу — шекспировского «Гамлета». В своей работе о «Гамлете» он ещё в юности написал: «Не решимость, а готовность — таково состояние Гамлета». Медсестра, лечившая Выготского, вспоминает, что его последние слова были: «Я готов».
Урна с прахом Л. С. Выготского была захоронена на Новодевичьем кладбище.