Лев Сергеевич Голицын родился 12 (24) августа 1845 в местечке Стара-Весь Люблинской губернии Царства Польского. Он происходил из княжеского рода Голицыных, был сыном князя Сергея Григорьевича и фрейлины-польки Марии Ивановны Езерской. Получил домашнее воспитание, знал польский, французский и немецкий языки, много читал и участвовал в литературных и музыкальных вечерах.

Учился во Франции, в Парижском университете, который он окончил с учёной степенью бакалавра в 1862 году. После возвращения в Россию, Л. С. Голицын служил в Министерстве иностранных дел, а затем в Главном архиве Министерства иностранных дел. В 1867-1871 годах он был студентом кафедры римского права юридического факультета Московского университета. Во время учёбы в университете Л. С. Голицын организовывал семинары и дискуссии по различным проблемам истории права, выступал с докладами и сообщениями.

В 1870-х годах Лев Голицын увлекся виноделием и начал высаживать виноград в Крыму. В 1878 году он купил урочище Парадиз, которое позже было переименовано в Новый Свет. На территории Нового Света Голицын заложил питомник, где культивировал до 500 сортов винограда, и построил винодельческий завод. В 1882 году на Всероссийской промышленно-художественной выставке Голицын получил высшую награду за свои вина. В 1891-1898 годах он занимал пост главного винодела Удельного ведомства. В 1894 году им было начато строительство подземного винного завода туннельного типа в Абрау-Дюрсо.

Лев Голицын был женат на графине Марии Орловой-Денисовой, и имел двух дочерей от предыдущих отношений. Он скончался 13 (26) декабря 1915 в Феодосии и был похоронен в Новом Свете. В память о нём были установлены бюсты и памятники в различных городах Крыма, а также выпущена почтовая марка, посвященная его 175-летию.