1908年1月22日，列夫·达维多维奇·朗道出生于俄罗斯帝国巴库（现阿塞拜疆）的一个知识分子家庭。
4岁能阅读书籍，7岁学完中学数学课程，12岁学会微分，13岁学会积分，13岁中学毕业后遵从父亲的意愿，选了一个“实用”专业，同他姐姐一起到巴库经济技术学校学习财经。
1922年，14岁转入巴库国立大学学习数学、物理学和化学，但他最终没有修完化学专业。
1924年，从巴库国立大学毕业后来到了圣彼得堡，此时正值列宁去世，圣彼得堡被易名为列宁格勒，于是列夫·达维多维奇·朗道进入了同时易名的列宁格勒国立大学物理系学习。
1927年，19岁生日前两天从列宁格勒大学毕业，成为苏联科学院列宁格勒技术物理研究所的研究生。
1929年10月，在前苏联政府人民教育委员部旅行奖学金以及洛克菲勒基金会奖学金的资助下出国进修访问。
1930年4月，经过在德国哥廷根和莱比锡短暂停留后，前往丹麦哥本哈根的尼尔斯·玻尔理论物理研究所工作到5月；之后前往英国剑桥与保罗·狄拉克一起工作；9月至11月在哥本哈根，12月至1931月1日在瑞士苏黎世与沃尔夫冈·泡利一起工作。
1931年，第三次到哥本哈根，之后回到前苏联，初期仍在列宁格勒物理研究所工作。
1932年，在哈尔科夫的乌克兰科学院物理技术研究所工作，并担任理论物理部主任。
1933年，短期访问哥本哈根。
1934年，在没有经过论文答辩的情况下，获得物理与数学科学博士学位；同年，短期访问哥本哈根。
1935年，担任哈尔科夫国立大学教授。
1937年，在一次与哈尔科夫国立大学理工学院院长发生口角后离开学校，应莫斯科物理问题研究所所长彼得·卡皮查之邀，到该所主持理论物理方面的工作，彼得·卡皮查把研究所理论部主任的位子给了他，并在那里一直工作到逝世。
1938年4月，被捕后关押在内务人民委员部卢比扬卡监狱直到1939年4月。
1940年，在彼得·卡皮查的担保下得以于释放。
1946年，当选为前苏联科学院院士。
1962年1月7日，去杜布纳联合原子核研究所途中，乘车时和载重汽车相撞，列夫·达维多维奇·朗道在车祸中朗道断了11根骨头并头骨骨折，经过治疗，保住了生命，但是留下了严重的后遗症，使他已经失去了做物理学研究的能力。同年年底，获得诺贝尔物理学奖，但是由于他的健康不允许他远行，颁奖仪式专门为他破例在莫斯科举行，由瑞典驻苏联大使代表国王授奖。
1968年4月1日，在莫斯科逝世，享年60岁。
列夫·达维多维奇·朗道于1927年引入量子力学中的重要概念——密度矩阵；
1930年，创立电子抗磁性的量子理论（相关现象被称为朗道抗磁性，电子的相应能级被称为朗道能级）；
1935年，创立铁磁性的磁畴理论和反铁磁性的理论解释；
1936—1937年，创立二级相变的一般理论和超导体的中间态理论（相关理论被称为朗道相变理论和朗道中间态结构模型）；
1937年，创立原子核的概率理论；
1940—1941年，创立液氦的超流理论（被称为朗道超流理论）和量子液体理论；
1946年，创立等离子体振动理论（相关现象被称为朗道阻尼）；
1950年，与金兹堡一起创立超导理论（金兹堡—朗道唯象理论）；
1954年，创立基本粒子的电荷约束理论；
1956—1958年，创立了费米液体的量子理论（被称为朗道费米液体理论），并提出了弱相互作用的CP不变性。
1946年，当选前苏联科学院院士。
1946年，获得斯大林奖。
1949年，获得斯大林奖。
1951年，当选丹麦皇家科学院院士。
1953年，获得斯大林奖。
1954年，当选社会主义劳动英雄。
1956年，当选荷兰皇家科学院院士。
1959年，当选伦敦物理学会荣誉会员。
1960年，当选美国国家科学院外籍院士。
1960年，当选美国艺术与科学院外籍院士。
1960年，当选英国皇家学会外籍院士。
1960年，获得马克斯·普朗克奖章。
1960年，获得菲列兹·伦敦奖。
1962年，当选法国物理学会荣誉会员。
1962年，获得列宁科学奖。
1962年，获得诺贝尔物理学奖。
列夫·达维多维奇·朗道在学术上有些“学阀”作风，有些被他枪毙掉的论文，后来被证明是极重要的。
1956年，苏联物理学家约瑟夫·沙皮罗在对介子衰变的研究中，发现了介子衰变过程中宇称不守恒。他向朗道介绍了自己的发现，朗道过于相信自己的直觉，对此不以为然。他认为，宇称一直是守恒的，无论是在宏观状态还在微观状态。他相信，凡是与他的物理直觉不合的想法，必定是错误的。所以当沙皮罗将自己的研究成果写成论文请他审阅时，他却连看也不看，若无其事地将它扔在一边。几个月之后，杨振宁和李政道提出了约瑟夫·沙皮罗已经发现的弱相互作用下宇称不守恒的理论，之后由吴健雄用实验做出了证明。
1957年，杨振宁和李政道获得诺贝尔物理学奖，而约瑟夫·沙皮罗因为列夫·达维多维奇·朗道的随手一扔，虽然发现在先，最终与诺贝尔奖失之交臂。
在乌克兰哈尔科夫，朗道理论物理系也被称为朗道学校，学生在入学前必须参加一系列全面考试，称为理论最低要求，后来也被称为“朗道位垒”。参加考试的学生到达朗道公寓后进入另一个只有一张桌子和一些纸的房间进行考试。从1934年到1961年只有43名学生通过了这项考试，其中许多人后来成为博士、教授和前苏联科学院院士。
列夫·达维多维奇·朗道因他个人的才华，研究范围，教学计划，包括教科书和理论最低限度，使得他周围学生、同事形成了一个独具特色的“朗道学派”，这也是前苏联与德国物理学长期联系的产物，也是他个人与尼尔斯·玻尔等人物互动的智力发展的产物。
