Byl synem slavných ruských básníků Nikolaje Gumiljova a Anny Achmatovové. V období třicátých až padesátých let byl stalinským režimem čtyřikrát poslán do GULAGu.
Už jeho první knihy (Objevení říše Chazarů a Hledání říše kněze Jana) vzbudily zájem nejen svou literární kvalitou, ale především díky tomu, že v nich Gumiljov prezentoval transversální metodu výzkumu (například získávání potřebných dat o historii států prostřednictvím dějin meteorologie).
Obě zmíněné knihy byly publikovány česky. V období totalitního režimu platily za příklad „jiné“ vědy, opoziční vůči ideologizujícím výkladům tehdějších režimů východní Evropy.
Gumiljov je též autorem souborné knihy Etnogeneze a biosféra Země, připravné k tisku už roku 1979; administrátoři sovětských společenských věd však tehdy označili Gumiljovovy teorie za ideově nesprávné. Strojopis knihy byl pak masově šířen po SSSR v samizdatových kopiích.
Kniha Od Rusi k Rusku je poslední Gumiljovovou publikací (ze začátku 90. let). Dějiny Ruska nechápe Gumiljov jako kontinuální vývoj, nýbrž zcela novátorsky jako dva odlišné procesy: závěrečnou fázi východoslovanské etnogeneze, zakončenou rozpadem Kyjevské Rusi ve 12. století, a následně pak zcela novou etnogenezi Ruska od 13. století dodnes.
V rámci tématu sleduje Gumiljov širší, asijské i evropské souvislosti vývoje Ruska. Upozorňuje na multietnickou provázanost dějinných změn a na sektářské kořeny „antisystémových hnutí“ (západní heretikové, opričnici Ivana Hrozného atd.).
Gumiljov vypracoval originální teorii dějinného vývoje, etnogenetickou teorii pasionarity. Podle Gumiljova dochází v dějinách k náhlým energetickým vzmachům nových společensko-kulturně-mocenských formací, které – pod iniciačním vlivem mezietnických a mezikulturních kontaktů – získávají dočasnou povahu celistvých a mocných „superetnosů“ (Římská říše, islámský chalífát, raně středověká křesťanská Evropa, Čingischánova říše atp.).
Ve světě (Evropa, USA) je Gumiljov, prezentovaný jako „básník dějin“, díky svému originálnímu přínosu etnologii jednoznačně stavěn po bok například Claude Lévi-Straussovi: „To, co jsou pro Lévi-Strausse slova, to jsou pro Gumiljova události“, tvrdí jeden z etnologů.
I v prostoru Ruska a střední Asie mají dnes Gumiljovovy názory velkou váhu. V novém hlavním městě Kazachstánu Akmola byla roku 1996 založena prestižní mezinárodní Eurasijská univerzita L. N. Gumiljova.