Lev Vygotski nació cerca de Vítebsk en el seno de una próspera familia judía, y fue el segundo de una familia de ocho hijos. Antes de cumplir su primer año, su familia se trasladó a Gómel, lugar donde creció. En su adolescencia era fanático del teatro y decidió reescribir su apellido Vygotski, en lugar de Výgodski ("výgoda" significa "beneficio" en ruso), como era originalmente. En 1915 escribió un ensayo sobre Hamlet.

Se inscribió en medicina y luego en leyes en la Universidad Estatal de Moscú, terminó en 1917 las dos carreras y se graduó en 1918. Volvió luego a Gómel, con un anhelo difícil de cumplir: enseñar psicología y literatura. Precisamente en ese momento, debido a la Revolución de Octubre, se abolieron todas las discriminaciones contra los judíos. A partir de este hecho, Vygotski comenzaría a vincularse con la actividad política.

Sus diversas actividades lo convertirían en el centro de la actividad intelectual y cultural de Gómel. Enseñó gramática rusa y literatura en la Escuela del Trabajo para los obreros; enseñó psicología y lógica en el Instituto Pedagógico; estética e historia del arte en el Conservatorio; dirigió la sección teatral de un periódico y fundó una revista literaria. En esta época se dedicó a leer a Karl Marx, a Friedrich Engels, a Baruch Spinoza, a Friedrich Hegel, a Sigmund Freud, a Iván Pávlov y a Aleksandr Potebnyá (lingüista en Járkov).

En 1919 contrajo tuberculosis y en 1920 fue internado en un sanatorio (se consideraba, por la peligrosidad de la bacteria, que al enfermo había que aislarlo de todo contacto). Intuyendo que su vida sería breve, intensificó su espíritu de trabajo. En el Instituto Pedagógico creó un laboratorio de psicología para estudiar a los niños de los jardines infantiles que presentan retrasos en el aprendizaje. De aquí obtuvo material fundamental para su libro Psicología pedagógica, publicado en 1926. En 1924 Vygotski contrajo matrimonio con Rosa Nóievna Sméjova (fallecida en 1979), de cuya unión nacieron dos hijas: Guita Lvovna Výgodskaya y Ásya Lvovna Výgodskaya.

Vygotski presentó en 1924, en el 2º Congreso Panruso de Psiconeurología en Leningrado, un ensayo sobre los métodos de investigación reflexológica y psicológica, tema que profundizó posteriormente en La conciencia como problema de la psicología del comportamiento. Estas investigaciones produjeron una fuerte impresión en el psicólogo ruso Konstantín Nikoláievich Kornílov (1879-1957), líder de la corriente marxista en psicología y director del Instituto de Psicología de la Universidad de Moscú.

Posteriormente, Vygotski trabajó en el Instituto de Psicología de Moscú junto a Alexander Luria y Alekséi Leóntiev, quienes eran un poco más jóvenes que él y que, posteriormente, también adquirirían reconocimiento a nivel mundial. Ellos buscaban reformular la teoría psicológica tomando como base la mirada marxista, inventando estrategias pedagógicas que permitieran luchar en contra del analfabetismo y de la defectología, condición atribuida en esa época a los niños considerados “anormales” o “difíciles”, dentro de la cual se incluían situaciones como ser zurdo o retrasado mental.

En 1925 Vygotski creó un laboratorio de psicología para la infancia anormal, transformado luego en el Instituto de Defectología Experimental de la Comisaría del Pueblo para la Educación, el mismo que él tendría la misión de presidir. En la primavera de 1925, como delegado en el Congreso Internacional sobre la Educación de Sordos que se lleva a cabo en Inglaterra, aprovecharía la oportunidad para visitar Alemania, los Países Bajos y Francia.

De regreso en la URSS ingresó al hospital por una grave recaída de la tuberculosis, momento en el que terminó su tesis Psicología del arte, que sería defendida en otoño pero que no alcanzaría a editar. Nuevamente fue internado en el hospital en 1926, donde escribiría un ensayo sobre “La significación histórica de la crisis en psicología”, texto que tampoco se publicaría.

Luego de recuperar la salud, retomaría una larga actividad de investigación con sus alumnos, surgida de una nueva concepción histórica cultural del psiquismo y de la enseñanza en psicología, de las ciencias sociales, de la educación y de la defectología. Sin embargo, estos trabajos se publicaron sólo de manera parcial. 

Vygotski era un lector asiduo de Sigmund Freud, de Jean Piaget, de Wolfgang Köhler, de Daniel Stern y de Arnold Gesell, y publicó los prefacios de las ediciones rusas de estos autores. A comienzos de 1929, como su reputación crecía en toda la URSS, fue invitado a permanecer varios meses en Taskent, para formar pedagogos y psicólogos en la Universidad de Asia Central. En 1930 dirigió en Moscú un seminario con Lúriya, con Serguéi Eisenstein y con el lingüista Nikolái Marr.

En 1931 comenzaron a aparecer críticas en contra de su teoría histórico-cultural, y el grupo de investigadores de los años 20 se divide. Lúriya, Galperin y Zaporózhets van a Járkov, y Vygotski se traslada con regularidad a Leningrado con Daniil Elkonin y con Josefina Schif. Siempre activo, en 1933, emprendió una gran síntesis de su obra para responder a las diversas críticas en su contra. Este material terminaría por constituirse en "Pensamiento y Habla". En la primavera de 1934 sería hospitalizado y dictaría desde su cama el último capítulo de esta obra, publicada poco después de su muerte con el título de "Pensamiento y Lenguaje", con los vetos y recortes a los que fue sometida para que fuera permitida su publicación. Fue enterrado en el Cementerio Novodévichi. Sólo en los últimos años ha sido posible conocer completa esta obra, pues hasta finales del siglo XX todas las traducciones a diversos idiomas estaban basadas en la que era permitida por el régimen soviético y no por el original de Vygotski.