Лев Семёнович (Симонович) Берг родился 14 марта 1876 года в Бендерах. В 1885—1894 — обучался во второй Кишинёвской гимназии, которую окончил с золотой медалью. В 1894 крестился в лютеранство для получения права на высшее образование в пределах Российской империи.

В 1894 году Берг поступил в Московский университет, где помимо учебы выполнил серию экспериментов по разведению рыб. Дипломная работа по эмбриологии щуки стала шестой печатной работой молодого ученого.

В 1898 году старшекурсник Лев Берг совершил свою первую научную экспедицию. Под эгидой Иркутского отдела Русского географического общества он исследовал солёные озера Западной Сибири. Вышедшая по итогам работы монография была благосклонно принята научным сообществом и даже отмечена Малой золотой медалью Общества.

После окончания университета (1898 г.) Лев Семенович работал в Министерстве сельского хозяйства инспектором рыбных промыслов на Аральском море и Волге, исследовал степные озера, реки, пустыни.

В 1902-1903 Л.С. Берг продолжает образование в Бергене (Норвегия), а затем в 1904-1913 гг. работает заведующим отделом рыб Зоологического музея Императорской Петербургской академии наук.

В 1906 г. Берг публикует статьи по ихтиологии озер Косогол (ныне Хубсугул) и Байкал, где обращает внимание на идентичность видового состава ихтиофауны этих озер и отмечает полное отсутствие в фауне Косогола рыб-подкаменщиков, свойственных Байкалу.

Л.С. Берг разработал одну из ведущих концепций происхождения фауны Байкала. Загадка живого мира этого озера заинтересовала его еще в 1908 г. На тот момент времени в Байкале было установлено присутствие 92 эндемичных родов и 10 эндемичных семейств. Лев Семенович обстоятельно и убедительно доказал пресноводное происхождение основной массы байкальских животных. В работе "Байкал, его природа и происхождение его органического мира" он писал: "единичные виды байкальской фауны рассеяны спорадически по отдельным водоемам Европы, Сибири, сибирской Арктики, Китая, Северной Америки. В Байкале же эти формы собраны вместе в большом количестве". На основе фаунистического анализа ученый пришел к выводу о древности байкальского органического мира, его континентальном происхождении. Л.С. Берг отмечал, что удивительный эндемизм фауны Байкала есть следствие именно его древности.

За магистерскую диссертацию "Аральское море", подготовленную в 1908 году, Л.С. Бергу была присуждена докторская степень.

В 1913 году Берг переезжает в Москву, где получает должность профессора ихтиологии и гидрологии в Московском сельскохозяйственном институте (ныне Тимирязевская академия).

В период 1909-1916 гг. Л.C. Берг издал 5 монографий по ихтиологии водоемов России.

В 1916 году Берг был приглашен на кафедру физической географии Петроградского университета, после чего он окончательно переезжает в Петроград, где и остался до конца своей жизни.

В 1925 году институт преобразуется в первый в стране географический факультет и входит в состав Ленинградского университета. Л. С. Берг возглавил кафедру физической географии, которой он руководил до конца своей жизни.

14 января 1928 года Л.С. Берг был избран членом-корреспондентом АН СССР по биологическому разряду Отделения физико-математических наук, а 30 ноября 1946 года – академиком АН СССР по Отделению геолого-географических (по специализации зоология, география). Есть основания полагать, что избрание 1928 года было санкционировано властями при условии отказа Берга от дальнейших работ по теории и механизмах эволюции видов в природе. В 1946 Берг был избран действительным членом АН СССР.

В 1940 году Лев Семёнович Берг сменил на посту президента Русского географического общества репрессированного Николая Вавилова.

Параллельно с работой в географических организациях он заведует отделом прикладной ихтиологии в Государственном институте опытной агрономии (1922–1934), лабораторией ихтиологии в Зоологическом институте АН СССР (1934–1950).

Умер 24 декабря 1950 года в Ленинграде. В 1951 стал посмертно лауреатом Сталинской премии за классический трехтомник по ихтиологии "Рыбы пресных вод СССР и сопредельных стран" (1949 г.). Имя Берга вошло в названия более чем 60 видов животных и растений.