Отец по происхождению казак из станицы Ново-Аннинской. Мать — из города Любеча. Получив высшее образование, оба попали на ниву просвещения.
В 1939 году снялся в кинофильме «Подкидыш» в роли маленького мальчика в детском саду, который хотел быть и танкистом, и доктором, по выходным дням — пожарной машиной, и даже пограничной собакой.
Отец в 1941 году пропал без вести на фронте.
В юношеском возрасте на мироощущение, по его собственному признанию, влияли мифы Древней Греции, исторические романы, оставшиеся на отцовской полке (Стивенсон, Эберс, Антоновская и т. д.), потом — Максим Горький, Толстой, Писарев, Белинский. Рано ознакомился с трудами философов, включая Канта и Гегеля, прочел Бердяева, Шестова, Розанова, Булгакова, Фёдорова, Федотова.
Ещё в 8-м классе решил, что будет заниматься русской литературой. Окончил филологический факультет МГУ. По окончании университета он был распределён в аспирантуру. Выдержал конкурсные экзамены, но после событий осени 1956 года в Венгрии было решено «оздоровить идеологию». Вместо того, чтобы писать диссертацию, Лев Аннинский стал делать подписи к фотографиям в журнале «Советский Союз», откуда через полгода был уволен за «профнепригодность». Пришлось, по его выражению, «пойти в литподенщики», что и определило весь дальнейший творческий путь будущего критика.
Работал в журнале «Советский Союз» (1956-1957), в «Литературной газете» (1957-1960), в журнале «Знамя» (1960-1967), в Институте конкретных социологических исследований АН СССР (1968—1972), журналах: «Дружба народов» (1972-1991 и с 1993, член редколлегии), «Литературное обозрение» (1990-1992), «Родина» (с 1992), в течение короткого времени был одновременно главным редактором журнала «Время и мы» (1998).
Является Членом жюри литературной премии «Ясная Поляна». Живёт и работает в Москве.
Перу Льва Аннинского принадлежат книги: «Ядро ореха: Критические очерки» (1965), «Обрученный с идеей: „Как закалялась сталь“ Николая Островского» (1971), «Василий Шукшин» (1976), «Тридцатые-семидесятые: литературно-критические статьи» (1977), «Охота на Льва: Лев Толстой и кинематограф» (1980, 1998), «Лесковское ожерелье» (1982, 1986), «Контакты» (1982), «Михаил Луконин» (1982), «Солнце в ветвях: Очерки литовской фотографии» (1984), «Николай Губенко» (1986), «Три еретика: Повести о Писемском, Мельникове-Печерском, Лескове» (1988), «Culture’s tapesty» («Гобелен культуры») (1991), «Локти и крылья. Литература 80-х: надежды, реальность, парадоксы» (1989), «Билет в рай: Размышления у театральных подъездов» (1989), «Отлетающий занавес: Литературно-критические статьи о Грузии» (1990), «Шестидесятники и мы: Кинематограф, ставший и не ставший историей» (1991), «Серебро и чернь: Русское, советское, славянское, всемирное в поэзии Серебряного века» (1997), «Барды» (1999), «Красный век» (2004), "Русский человек на любовном свидании" (2004), «Жизнь Иванова» (2005), «Поздние следы: Заметки вольного кинозрителя» (2006), двухтомник «Распад ядра» (2009), "Меч мудрости или русские плюс..." (2009). Другие циклы статей, а также многочисленные литературно-критические и публицистические статьи в периодической печати, программы на радио.
Отмечен многочисленными премиями и наградами, в частности: