Родился Лев Абрамович в Энгельсе Саратовской губернии.
Уже в молодые годы проявил способности к письму, печатался в местных газетах и журналах. Вскоре перебрался в Москву, где вступил в литературный кружок, организованный Максимом Горьким.
В 1923–1926 годах проходил обучение на физико-математическом факультете Московского университета (образование не завершил).
Во второй половине 1920-х годов сблизился с литературным критиком Осипом Бриком и поэтом Владимиром Маяковским.
В 1927 году начал сотрудничать с журналом Маяковского «Новый ЛЕФ», с 1929 года печатался в журнале «Пионер».
Всесоюзную известность Кассилю принесли автобиографические повести «Кондуит» и «Швамбрания».
В 1947–1948 годах занимал пост председателя комиссии по детской литературе Союза писателей СССР.
В 1947–1949 годах вёл семинар детской литературы в Литературном институте имени А. М. Горького в Москве.
В 1950–1960-х годах писатель выпустил романы на спортивную тематику «Ход белой королевы» и «Чаша гладиатора», а также книгу «Будьте готовы, Ваше высочество!» .
Лев Кассиль выступал в качестве автора пропагандистских произведений для детей и юношества, в частности книги о перспективах строительства коммунизма в СССР «Про жизнь совсем хорошую» (1959).
Издал ряд книг о близких ему писателях («Маяковский - сам», «Сергей Михалков»), выдающихся современниках - Константине Циолковском, Валерии Чкалове, Отто Шмидте («Люди нового века», «Человек, шагнувший к звёздам»).
Был награждён орденами «Знак Почёта» и Красной Звезды, двумя орденами Трудового Красного Знамени.
Являлся лауреатом Сталинской премии III степени 1950 года за книгу «Улица младшего сына».
Скончался Лев Абрамович 21 июня 1970 года в Москве, был похоронен на Новодевичьем кладбище.
