После окончания Житомирской гимназии в 1881 году учился на физико-математическом факультете Санкт-Петербургского университета. Арестован за участие в студенческих беспорядках в ноябре 1882 года, что послужило причиной высылки на родину[2].
С 1883 года обучался на юридическом факультете Императорского Новороссийского университета. За активное участие в организации «Народная воля» был повторно арестован в апреле 1886 года. Осужден по делу о Екатеринославском съезде «Народной воли» в ноябре 1888 года и сослан на Сахалин на 10 лет[2].
В ссылке посвятил себя этнографическим и лингвистическим работам, изучал фольклор, археологию, быт и язык коренного населения народов Сахалина и Приамурья. Ему удалось открыть и подробно описать классификаторскую систему родства и реально ещё бытующие пережитки группового брака у гиляков, а также у орочей.
В 1894 году совершил путешествие на крайний север острова Сахалин, частью на лодке вдоль западного берега, частью пешком, преодолев 840 вёрст. Л. Я. Штернберг дал физико-географическое описание пройденного им пути и собрал материал по этнографии. Во время раскопок на Тыковской косе он сделал находки каменных орудий на территории гиляцкой осёдлости. Его работы впервые были напечатаны в «Этнографическом обозрении» в 1893, 1894 годах, обратив на себя внимание учёного мира.
Был досрочно освобождён в мае 1896 года, жил под надзором полиции в Житомире[2]. В 1898 году через академиков К. Г. Залемана и В. В. Радлова Штернберг представил для напечатания свою работу «Образцы материалов по изучению гиляцкого языка и фольклора». В 1901 году директор Музей антропологии и этнографии при Императорской Санкт-Петербургской академия наук В. В. Радлов пригласил его на должность старшего этнографа музея. По приезде Штернберг передал музею свои этнографические коллекции[2].
В период 1902—1917 годов — секретарь Русского комитета для изучения Средней и Восточной Азии в историческом, археологическом, лингвистическом и этнографическом отношениях[2]. Для получения права жительства в Петербурге в 1902 году сдал экстерном экзамен по юридическому факультету Петербургского университета и получил диплом первой степени. С 1904 по 1914 годы читал в музее ряд курсов по этнографии как студентам, так и педагогам. В 1910 году отправился в экспедицию в Приамурье для дополнительного обследования изученных им ранее народностей. В 1915 году принял участие в организации Высших географических курсов при Докучаевском почвенном комитет[2], преобразованные впоследствии в Географический институт с этнографическим факультетом. Состоял профессором и деканом факультета.
Преподавал на этнографическом отделении Государственного географического института, а позже Ленинградского института истории и литературы. Л. Я. Штернберг принимал участие в радикальных журналах и газетах. Cтатья Л. Я. Штернберга в газете «Наши дни» была причиной закрытия издания.
Сотрудничал с «Энциклопедическим словарём» Брокгауза и Ефрона, в периодических изданиях Партии социалистов-революционеров. Близок редакции журнала «Русское богатство», член редакции журнала «Новый восход», в котором вёл отдел «Беседы с читателями». Один из редакторов трёхмесячного журнала «Еврейская старина», существовавшего в 1908—1930 и издававшегося при Еврейском историко-этнографическом обществе. До начала Первой мировой войны входил в одну из петербургских лож Великого востока народов России. В 1915 году вместе с Дмитрием Павловичем Рузским и Соломоном Владимировичем Познером входил в кружок, положивший начало Российской радикально-демократической партии.
С 1917 года — доцент, а с 1918 — профессор факультета восточных языков Петроградского университета по кафедре этнологии, затем профессор факультета языка и мышления[2]. В 1917 году состоял председателем Сибирской подкомиссии по составлению этнографической карты России при Географическом обществе, а с 1920 года — председателем Сибирского отдела комиссии по изучению племенного состава населения РСФСР. В 1917 году читал лекции на Восточном факультете Петроградского университета.
В 1925 году по преобразовании Географического института в географический факультет Ленинградского государственного университета, был председателем этнографического отделения факультета и его профессором до последних дней жизни. В течение многих лет он был одним из двух секретарей Русского комитета для изучения Средней и Восточной Азии. Также был председателем Еврейского историко-этнографического общества, при котором, по его инициативе и при его активном участии, был организован Еврейский музей. Вместе с В. Г. Богоразом участвовал в основании Ленинградского рабфака северных народностей, ныне Северного факультета при Ленинградском восточном институте, а также был профессором этого института.
Доказывал единство человечества с позиций эволюционизма. Этнографию понимал как науку о культуре первобытных народов и её пережитках. Л. Я. Штернберг внёс значительный вклад в изучение первобытной религии (представления о сверхъестественных «хозяевах», «избранничестве», схема этапов эволюции верований и др.).
Гиляки (рус.). — М.: Товарищество скоропечатни А. А. Левенсон, 1905. — 131 с.
Материалы по изучению гиляцкого языка и фольклора, собранные и обработанные Л. Я. Штернбергом (рус.). — СПб.: Тип. Имп. Академии наук, 1908. — Т. 1 Образцы народной словесности. — 252 с.
Гиляки, орочи, гольды, негидальцы, айны // Статьи и материалы (рус.) / Под ред. и с пред. Я. П. Алькор. — Хабаровск: Дальгиз, 1933. — 740 с.
Первобытная религия в свете этнографии // Исследования, статьи, лекции (рус.) / Под ред. и с пред. Я. П. Алькора. — Л.: Издательство Института народов Севера ЦИК СССР им. П. Г. Смидовича, 1936. — 572 с.
Памяти Л. Я. Штернберга // Сибирская живая старина. — Иркутск. — 1927. — С. I—VIII.
Кроль М. А. Воспоминания о Л. Я. Штернберге // Каторга и ссылка. — 1929. — № 57-58. — С. 214—236.
Пилсудский Б. О. «Дорогой Лев Яковлевич…»: (Письма Л. Я. Штернбергу, 1893—1917 гг.). — Южно-Сахалинск, 1996.
Серков А. И. Русское масонство. 1731—2000 гг. Энциклопедический словарь. — М.: Российская политическая энциклопедия, 2001.
Kan S. Lev Shternberg: Anthropologist, Russian Socialist, Jewish Activist. Nebraska, 2009.
Е. М. Жуков Гл. редактор.Штернберг, Лев // Советская историческая энциклопедия. — Москва: издательство «Советская энциклопедия», 1976. — Т. 16. — С. [350—351] (стб. 1002 с илл. и карт.). — 56 000 экз.
