Лев Андреевич Арцимович родился 25 февраля 1909 года в Москве в семье, корни которой вели из старинного польско-белорусского рода. Его детство пришлось на тяжёлые годы революции и Гражданской войны: семья, спасаясь от голода, переехала в Белоруссию, где некоторое время мальчик был вынужден жить в приюте и даже был беспризорным, однако уже в 1924 году он поступил на физико-математический факультет Белорусского государственного университета в Минске, который окончил в 1928 году. В 1930 году он переехал в Ленинград и начал работать в знаменитом Физико-техническом институте (ЛФТИ), где его наставниками стали такие выдающиеся физики, как П. И. Лукирский и А. И. Алиханов.
В предвоенные годы его исследования в области ядерной физики принесли ему мировое признание: в 1935 году совместно с И. В. Курчатовым он доказал захват нейтрона протоном, а в 1936 году экспериментально подтвердил закон сохранения импульса при аннигиляции электрона и позитрона. В 1937 году он защитил кандидатскую диссертацию «Поглощение медленных нейтронов», а в 1939 году — докторскую «Тормозное излучение быстрых электронов», и к началу войны он уже был признанным специалистом в физике атомного ядра. В годы Великой Отечественной войны Арцимович в эвакуации в Казани разрабатывал приборы ночного видения — электронно-оптические преобразователи с использованием инфракрасной области спектра, что стало важным вкладом в оборонную промышленность.
В 1944 году по приглашению И. В. Курчатова он перешёл в Лабораторию № 2 (будущий Институт атомной энергии имени И. В. Курчатова) для участия в советском атомном проекте. Здесь под его научным руководством был разработан электромагнитный метод разделения изотопов для получения урана-235, и в 1953 году за эту работу он был удостоен Сталинской премии первой степени. С 1950 года и до конца жизни Арцимович стал бессменным лидером советских исследований в области управляемого термоядерного синтеза, и именно он стоял у истоков разработки установок типа «токамак» — тороидальных камер с магнитными катушками, которые позже стали главным направлением в мировой термоядерной программе. В 1958 году он получил Ленинскую премию за открытие нейтронного излучения высокотемпературной плазмы, а в 1971 году — Государственную премию за цикл работ по получению и исследованию термоядерной плазмы на токамаках.
В 1953 году он был избран действительным членом Академии наук СССР, а с 1957 года занимал должность академика-секретаря Отделения общей физики и астрономии. В 1969 году за выдающиеся заслуги перед наукой ему было присвоено звание Героя Социалистического Труда. Лев Андреевич Арцимович ушёл из жизни 1 марта 1973 года в Москве, оставив после себя не только фундаментальные труды по физике плазмы и термоядерному синтезу, но и множество остроумных афоризмов, которые до сих пор цитируются. Среди них и его знаменитое шуточное определение науки как «лучшего способа удовлетворения личного любопытства за государственный счёт», и ироничные высказывания о теоретиках, склонных «объяснять одно непонятное двумя другими», и мудрые наблюдения о том, что «работа экспериментатора сродни работе минёра — стоит ошибиться один раз, и никто больше вам не поверит».