Родился 27 июня (10 июля) 1905 года в Покровской слободе (ныне город Энгельс, Саратовская область) в семье врача Абрама Григорьевича Кассиля и учительницы музыки, затем зубного врача Анны Иосифовны Перельман.
Учился в гимназии, после революции преобразованной в Единую трудовую школу, которую окончил в 1923 году.
Сотрудничал с Покровской детской библиотекой-читальней, при которой организовывались для детей рабочих различные кружки, в том числе издавался и рукописный журнал, редактором и художником которого был Кассиль.
С 1923 года жил в Москве.
В 1927 году окончил три курса физико-математического факультета МГУ. С 1925 года начал заниматься литературой.
В 1928-1937 годах был очеркистом, фельетонистом и специальным корреспондентом газеты «Известия». В 1937 году, затем в 1941-1942 годах — ответственный редактор журнала «Мурзилка».
В годы Великой Отечественной войны Л.А. Кассиль выступал по радио, в школах, воинских частях, на предприятиях Москвы и Урала. В 1947-1948 годах работал председателем комиссии по детской литературе СП СССР.
В 1947-1949 годах был руководителем семинара детской литературы в Литературном институте имени А.М. Горького.
Как детского писателя его первым представил В.В. Маяковский (журнал «Новый ЛЕФ», 1927). Самое значительное из его произведений, «Кондуит и Швамбрания» (1928-1931), написанное на автобиографическом материале, рассказывает о жизни гимназистов в дореволюционной России. После ареста младшего брата писателя Иосифа Кассиля в 1937 году книга много лет не переиздавалась, но не была изъята из библиотек. «Вратарь Республики» (1937) — первый советский роман о спорте. Участник групп «ЛЕФ» и «Реф».
Автор идеи проведения Книжкиных именин, трансформировавшихся со временем в Неделю детской книги.
