生于尼古拉耶夫斯克（庙街），卒于莫斯科。出身贵族家庭，父亲是伯爵，母亲是儿童文学作家。他的童年在继父的庄园里度过，受到良好的文学熏陶。10岁开始练习写诗。1901年中学毕业后考进彼得堡工学院机械系，后中途离校。早年迷恋过象征派诗歌，1907年出版第一本诗集《抒情诗集》，其中大多是模仿性的作品。继而出版童话集《喜鹊的故事》（1910）和第二本诗集《蓝色河流后面》（1911）。这两本新作表现了作家转向民间文学和现实主义的意向。与此同时开始写小说，1910年出版小说集《伏尔加河左岸》（又名《米舒卡·纳雷莫夫》），随后又写出长篇小说《怪人》（1911）和《跛老爷》（1912）。描写的均为作者熟悉的破落贵族的生活：他们在政治、经济及伦理道德上都已完全堕落，如《怪人》的主人公米舒卡·纳雷莫夫即是这样一个灵魂丑恶、贪婪好色之徒。《跛老爷》的主人公克拉斯诺波尔公爵平日花天酒地，在与人决斗时，被打伤一条腿，后来又想在忏悔中净化自己。这些作品显示了作家塑造人物性格和驾驭语言的才能以及讽刺幽默的风格，昭示了他的批判现实主义的创作方向。

第一次世界大战期间，他以一家杂志的记者身份到了前线，然后又去英国和法国，广泛接触民众的生活和社会问题，但尚未形成明确的社会理想。后来，他虽然接受了二月革命，但并不理解十月革命，1918年携全家离开祖国，流亡巴黎，1921年又移居柏林。侨居国外期间，写有历史题材的中篇小说《彼得的一日》（1918）、自传体中篇小说《尼基塔的童年》（1920～1922）、长篇小说《两姊妹》（1920～1922）和长篇科幻小说《艾莉塔》（1922～1923）等，后一部小说经修改后成为史诗三部曲《苦难的历程》的第一部。流亡生活使他饱尝了离别祖国的辛酸：“侨居国外这段生活是我一生中最难受的时期。”1922年M.高尔基来到柏林，与他建立了友谊，使他对社会主义祖国逐渐有了正确的认识，并于次年回国。

托尔斯泰以全新的精神状态积极参加新生活的建设，学习马克思主义，创作进入新的阶段。20世纪20年代中期创作了大量文学作品，题材十分广泛，有揭露旧世界的短篇小说《海市蜃楼》（1924），批判流亡分子的长篇讽刺小说《涅夫佐罗夫的奇遇或伊比库斯》（1924），科学幻想小说《加林工程师的双曲线体》（1925～1927），还有反映新经济政策时期日常生活的《蓝色的城市》（1925）和《蝮蛇》（1928）等。同时他热情参加国内许多社会政治文化活动，他是第一届最高苏维埃代表，苏联作家协会主席团成员和科学院院士，曾获列宁勋章。

托尔斯泰的代表作是《苦难的历程》和《彼得大帝》。《彼得大帝》（第1卷，1929～1930；第2卷，1933～1934；第3卷，1944～1945，未完成）被高尔基赞为“真正卓越的长篇历史小说”，描写17世纪至18世纪20年代俄罗斯国内外的阶级斗争和社会矛盾。作者比较正确地塑造和评价了彼得大帝作为一位改革者伟大而又复杂的个性和在历史上的作用与地位，既肯定他与大贵族集团的斗争，改变落后面貌，也指出他靠残酷剥削农民来实现各种改革的历史事实。同时肯定了人民作为历史发展动力的巨大作用，并对彼得时代的俄罗斯历史风貌作了出色的描写。作品虽然在思想内容上不无瑕疵，但还是得到普遍好评。两部作品均获斯大林奖金。在创作《苦难的历程》期间，他还写了一部中篇小说《粮食》（又名《保卫察里津》，1937）。由于小说过分强调了斯大林在保卫战中的作用，因而影响了作品的艺术价值。

卫国战争期间，为了激发人民的爱国主义热情，他写了历史剧《伊凡雷帝》（1943）。同时发表了故事集《伊凡·苏达廖夫的故事》（1942～1944，包括《俄罗斯性格》），表现苏联军民反法西斯斗争的英雄主义和崇高品质。《伊凡雷帝》在作者逝世后被追授斯大林奖金。

托尔斯泰善于描绘大规模群众场面，安排复杂的情节结构，塑造各种类型的人物形象，被认为是一位语言大师。