Лев Владимирович Полежаев родился 15 декабря 1910 года в Москве. Происходил из дворянского рода, его отец работал служащим в Госсберкассе, мать была учительницей. В 1932 году окончил МГУ. Ученик Н.К. Кольцова. Работал научным сотрудником Института экспериментального морфогенеза Наркомпроса, лаборатории динамики развития организма МГУ, лаборатории экспериментальной зоологии и морфологии животных АН СССР, лаборатории механики развития Института экспериментальной биологии Наркомздрава РСФСР, начальником лаборатории клинического анализа эвакогоспиталя. С 1967 по 1975 г. старший научный сотрудник, руководил лабораторией экспериментальной морфологии в Институте биологии развития. 1975–1990 гг. – старший научный сотрудник, заведующий лабораторией, главный научный сотрудник Института общей генетики АН СССР. С 1991 года был главным научным сотрудником-консультантом Института общей генетики РАН. Входил в редколлегию «Journal of Neural Transplantation & Plasticity». Являлся действительным членом Международного института эмбриологии (г. Утрехт), членом Международного общества биологов развития (Хельсинки). Умер в 2000 году. Похоронен на Востряковском кладбище.