Л. В. Черепнин родился в Рязани, откуда происходила его семья, и был историком в третьем поколении: его дед и отец отдали много сил историческим исследованиям. Их усилиями был создан археологический музей при Рязанской ученой архивной комиссии.
В 1921 г. Л. В. Черепнин поступил в Рязанский педагогический институт, а в 1922 — 1925 гг. учился в Московском государственном университете. В институт Черепнин пришел, уже имея хорошую научную подготовку, знакомый с трудами ведущих русских историков. Из его семинарских занятий и студенческих работ выросли некоторые труды, опубликованные позднее; судя по ним, Черепнин увлекался русской и европейской средневековой историей. Он учился в семинарах С. В. Бахрушина и Д. М. Петрушев-ского. По окончании университета Черепнин некоторое время работал под руководством одного из крупнейших историков — С. Б. Веселовского; они вместе готовили к изданию акты Троице-Сергиевой лавры.
Любовь к архивному документу Л. В. Черепнин сохранил на всю жизнь. Уже будучи маститым академиком, он ездил работать в Центральный архив древних актов. Он великолепно ум'ел читать древние рукописи, но среди них, наверно, больше всего любил древнерусские акты.
Средневековый акт — сложный источник, работа с ним требует больших профессиональных знаний по палео-графиии, сфрагистике, хронологии, дипломатике. Черепнин не только прекрасно владел методами этих наук, но и видел перспективы развития исторических исследований, связанные с совершенствованием методов вспомогательных исторических дисциплин, без чего невозможна работа историка — специалиста по средним векам.
Научная работа Черепнина в 1931 г. была прервана: он был арестован по так называемому академическому делу. После возвращения он некоторое время был на договорных, случайных по теме работах, которые мало сочетались с его научными интересами. Только защитив кандидатскую диссертацию по истории русской средневековой общины, где был использован большой актовый материал, Черепнин в 1942 г. поступил в доктурантуру Института истории Академии наук, одновременно занимаясь преподавательской деятельностью.
Появились учебники Черепнина по вспомогательным историческим дисциплинам, а в 1948 г. — первый том его переработанной докторской диссертации «Русские феодальные архивы 14—15 вв.» (второй том вышел в 1951 г.). С этого же года Черепнин возглавил сектор истории СССР периода феодализма в Институте истории и практически направлял все исследования по русской истории этого периода. Сам он занимался преимущественно политической историей (сословные учреждения, земские соборы, образование Русского государства). В 1971 г. Черепнин был избран действительным членом АН.