Лев Шрайбер родился в Сан-Франциско, штат Калифорния, в семье художницы Хезер Милгрэм и театрального актёра и режиссёра Телла Шрайбера. У его отца смешанные австрийские, ирландские, швейцарские и шотландские корни, а мать — еврейка, предки которой иммигрировали из Польши, Украины и Германии (дед по материнской линии — с Украины).
По словам матери, имя Лев он получил в честь её любимого писателя Льва Толстого, а по утверждению отца — в честь врача, спасшего жизнь его матери.
Когда Шрайберу был один год, семья переехала в Канаду, а когда ему исполнилось четыре, его родители развелись. Детство прошло в Нижнем Ист-Сайде Нью-Йорка, где он жил вместе с матерью после развода родителей. Мать работала водителем такси и занималась продажей кукол из папье-маше собственного изготовления. Она заставляла сына заниматься чтением и запрещала смотреть цветные фильмы, в результате чего его любимым актёром стал Чарли Чаплин. В 1977 году фильм «Звёздные войны» стал первым цветным фильмом, который он увидел.
Согласно театральному критику Джону Лару, будучи маленьким ребенком, Лев крал деньги, в основном из сейфа на работе матери. В 12 лет Лев был пойман и для перевоспитания его послали учиться в ашрам Шри Ганапати Сатчидананды в городе Помфрет, штат Коннектикут. Вскоре он вернулся в Нью-Йорк и вначале учился в муниципальной школе, где несмотря на занятия спортом был непопулярным из-за слухов о своей странной семье и прошлых кражах. В 1984 году Шрайбер поступил во Friends Seminary, частную нью-йоркскую школу, где вместе с ним проходила обучение будущая актриса Аманда Пит. В школьном театре Friendship Academy Шрайбер впервые обнаружил в себе актерский талант.
Обучение продолжилось в Гэмпширском колледже в Амхерсте, штат Массачусетс, где Шрайбер исполнил свою первую сольную роль. В 1992 он закончил Школу драматического искусства Йельского университета. Также посещал Королевскую академию драматического искусства в Лондоне. Первоначально Шрайбер собирался стать сценаристом и писателем.
В 90-х годах Шрайбер стал известен как актёр независимого кино, сыграв несколько ролей второго плана в независимых фильмах «Гуляют, болтают» (1996), «Дневные путешественники» (1998) и «Прогулка по Луне» (1999), за работу в двух последних он получил номинацию на премию независимого кинематографа Chlotrudis Awards.
Роль подозреваемого в убийствах Коттона Уири в трилогии «Крик» открыла ему дорогу в крупнобюджетные студийные картины: «Гамлет» (2000) с Итаном Хоуком, «Ураган» (1999) с Дензелом Вашингтоном и «Цена страха» (2002) с Беном Аффлеком.
В 1999 году роль Орсона Уэллса в телефильме канала HBO «Проект 281» принесла Шрайберу номинации на «Эмми» и «Золотой глобус». Работа в римейке 2004 года «Манчжурский кандидат» с Вашингтоном и Мерил Стрип также не осталась без внимания критиков.
С конца 90-х Шрайбер планировал снять экранизацию «Венецианского купца», главная роль в которой предназначалась актёру Дастину Хоффману, а затем занялся написанием сценария фильма, в котором рассказывалось о его взаимоотношениях с украинским дедом. Но вскоре ему попался роман Джонатана Сафрана Фоера «И всё осветилось», в основу которого легла похожая история. Фильм по сценарию Льва Шрайбера, главную роль в котором сыграл Элайджа Вуд, вышел в 2005 году. Работа Шрайбера как сценариста и режиссёра была отмечена номинациями и призами на различных кинофестивалях.
В 2006 году Шрайбер вместе с Наоми Уоттс и Эдвардом Нортоном появился в фильме «Разрисованная вуаль», а также сыграл в римейке фильма «Омен». В этом же году его пригласили стать членом Американской академии кинематографических искусств и наук.
В 2007 году выступил в качестве временной замены персонажа Уильяма Петерсона в телесериале телеканала CBS «CSI: Место преступления».
В адаптации романа Габриэля Гарсиа Маркеса «Любовь во время холеры», также вышедшей на экраны в 2007, Шрайбер сыграл женственного Лотарио Тургута.
В 2008 году получил роль Саблезуба в очередном фильме кинокомпании Marvel Comics о Людях Икс, а также вместе с Дэниелом Крейгом сыграл братьев Бельских — белорусских партизан — в фильме «Вызов» Эдварда Цвика.
в 2010 году выходит фильм СОЛТ, где он же играет главную роль русского шпиона под прикрытием в Американском ЦРУ.
Шрайбер также хорошо известен как театральный актёр. Его первое появление на Бродвее состоялось ещё в 1993 году. Среди работ много пьес Шекспира: «Цимбелин», «Макбет», главные роли в «Гамлете» и «Генрихе V».
В 2002 году вместе с Сигурни Уивер Шрайбер участвовал в коммерчески успешной и получившей хорошие отзывы критиков постановке пьесы «Престол господень» на Бродвее, а в 2005 году получил «Тони» за главную роль в отмеченной Пулитцеровской премией пьесе «Гленгарри Глен Росс».
В 2007 году роль в возрождённой бродвейской постановке пьесы Эрика Богосяна «Радиобеседы» принесла ему приз Drama League Award и номинации на «Тони», Drama Desk и Outer Critics Circle Award.
Благодаря хорошему произношению и грамотной речи часто выступает в качестве комментатора в различных телепередачах и участвует в озвучании документальных фильмов для телеканалов PBS, HBO, History Channel.
Также его голос можно услышать в рекламе Infiniti.
У Льва есть сводная сестра и четыре сводных брата (Макс, Чарльз, Уилл и Пабло), один из которых, Пабло, тоже актёр. С 2000 года у него живёт джек-рассел-терьер по кличке Цыплёнок.
Увлекается баскетболом, ездой на велосипеде и фехтованием, а ранее занимался футболом. Будучи тинейджером тренировался на спасателя, что помогло ему спастись во время занятий серфингом в Австралии.
Был помолвлен с актрисой Кристин Дэвис и продюсером Кейт Драйвер (сестрой актрисы Минни Драйвер), затем в 2006 году объявил о помолвке с англо-австралийской актрисой Наоми Уоттс, с которой снимался в фильме «Разрисованная вуаль». Слухи об их свадьбе остались неподтвержденными. Александр (Саша) Пит, сын Наоми и Льва, родился 25 июля 2007 года . У Наоми 13 декабря 2008 года появился ещё один ребёнок, второй сын Льва Шрайбера — Сэмюэл Кай Шрайбер.