Родился 9 января 1945 года. Отец, Акоп Тер-Петросян, был одним из основателей и членом политбюро Компартии Сирии и Ливана, а в годы Второй мировой войны возглавлял подпольную партийную организацию сирийского города Алеппо (Галеб). В 1946 году семья Тер-Петросянов репатриировалась в Армению.

В 1963 году Левон Тер-Петросян окончил среднюю школу и поступил на отделение Востоковедения филологического факультета Ереванского Государственного университета (ЕГУ). В студенческие годы играл различные роли в студенческом любительском театре и выезжал на гастроли в города и районы Армении. В 1968 году успешно окончил ЕГУ (специализация - арабский язык и литература).

В 1968 году Л.Тер-Петросян поступил в аспирантуру Института литературы Академии наук Армянской ССР им.М.Абегяна с продолжением работы в Ленинградском институте Востоковедения по специальности армяно-ассирийская филология. В 1971 году окончил аспирантуру, а в 1972 году в Ленинграде защитил кандидатскую диссертацию по армяно-ассирийским литературным связям.

С 1972 по 1978 был младшим научным сотрудником в Институте литературы академии Армянской ССР им.М.Абегяна.

С 1978 по 1985 гг. работал в Институте древних рукописей им. Месропа Маштоца (Матенадаран) на должности ученого секретаря, а затем и старшего научного сотрудника.

В 1987 году в Ленинграде защитил докторскую диссертацию на соискание ученной степени доктора филологических наук по теме "Армяно-ассирийские связи в 4-5 веках". Параллельно с основной работой в Матенадаране с 1985 по 1988 год преподавал в Эчмиадзинской духовной семинарии.

С марта 1989 года Л.Тер-Петросян - член Союза писателей Армении. Был также членом ассоциации востоковедов СССР и Французского азиатского общества, член Веницианской академии мхитаристтов и почетный доктор Университета Ла Верна (США).

Политической деятельностью начал заниматься в 1960-е годы. В 1966 году был подвергнут 10-дневному "профилактическому" аресту: официально "за инакомыслие", а в реальности за активное участие в политических акциях 1960-х годов в связи с 50-летием геноцида армян в Османской Турции.

Левон Тер-Петросян - один из руководителей Карабахского движения, которое началось в феврале 1988 года, член комитета "Карабах", один из организаторов Армянского общенационального движения.

10 декабря 1988 года вместе с другими членами комитета "Карабах" Л.Тер-Петросян был арестован военными властями СССР. В конце января 1989 года этапирован в следственный изолятор КГБ СССР, больше известный под названием "Матросская тишина". Он обвинялся в "организации массовых беспорядков" и "разжигании межнациональной розни".

В марте 1989 года, благодаря активности французских правозащитных организаций, Тер-Петросян становится почетным гражданином г.Парижа (диплом о почетном гражданстве был подписан тогдашним мэром французской столицы, впоследствии президентом Франции Жаком Шираком).

В конце мая 1989 года, в результате требований абсолютного большинства населения Армении, международных правозащитных организаций и демократической общественности СССР (требование об освобождении членов комитета "Карабах" было одним из пунктов предвыборной программы нобелевского лауреата академика Андрея Сахарова и этнографа Галины Старовойтовой) Л.Тер-Петросяну и другими членам комитета "Карабах" была изменена мера пресечения и они был освобождены из-под стражи.

27 августа 1989 года Левон Тер-Петросян избирается депутатом Верховного Совета Армянской ССР.

В ноябре 1989 года на первом, учредительном съезде АОД, Л.Тер-Петросян избирается членом правления организации, а затем становится председателем правления.

С февраля 1990 года Левон Тер-Петросян - член Президиума Верховного Совета Армянской ССР.

20 мая 1990 года Л.Тер-Петросян избирается депутатом Верховного Совета Республики Армения (РА) первого созыва, а 4 августа 1990 года становится Председателем Верховного Совета РА.

16 октября 1991 года на альтернативных общенациональных выборах Левон Тер-Петросян избирается первым президентом Республики Армении. За его кандидатуру проголосовало более 83% избирателей.

21 сентября 1996 был вторично избран на пост президента страны. Однако, международные наблюдатели, признав итоги голосования, подвергли острой критике ход выборов и процесс подсчета голосов. 25-26 сентября 1996 года в Ереване произошли беспорядки, вызванные акциями протеста оппозиции, и было введено чрезвычайное положение. Ряд оппозиционеров подвергся преследованиям со стороны силовых структур. Однако Конституционный суд отверг иски кандидатов от оппозиции Вазгена Манукяна и Ашота Манучаряна с требованием объявить итоги выборов недействительными и назначить новые выборы.

3 февраля 1998 года Левон Тер-Петросян подал в отставку с поста президента страны, которая была принята парламентом. Причиной отставки стал раскол в правящей элите Армении, когда премьер-министр Р.Кочарян, министр обороны В.Саркисян, министр внутренних дел и национальной безопасности С.Саркисян не поддержали предложенный Л.Тер-Петросяном план по урегулированию Нагорно-Карабахского конфликта. Суть поэтапного плана состояла в том, чтобы вернуть Азербайджану шесть районов из зоны безопасности, ввести миротворческие войска по границам Нагорного Карабаха, разблокировать коммуникации и вести переговоры о статусе. Его оппоненты в "партии власти" предлагали т.н. "пакетный" вариант, предусматривающий решение вопроса о статусе Нагорного Карабаха одновременно с выводом войск из зоны безопасности.

После отставки Л.Тер-Петросян живет в отведенной ему резиденции и редко покидает пределы Армении. В 2005 году он дал небольшое интервью газете "Айкакан жаманак", в остальном отказавшись от публичной политики. После теракта в парламенте Армении 27 октября 1999 года, когда были убиты спикер парламента Карен Демирчян, премьер-министр Вазген Саркисян и еще 6 парламентариев и членов правительства, Л.Тер-Петросян выступил с заявлением, в котором поддержал действующего президента страны Р.Кочаряна.

До вступления на пост президента Левон Тер-Петросян являлся автором более чем 70 научных статей и шести монографий (публикации на армянском, русском, французском языках), которые в основном посвящены армянской средневековой переводческой литературе, армяно-ассирийским литературным связям и Армянскому Киликийскому государству.

Находясь в отставке Л.Тер-Петросян, пишет 6-томный труд "Армяне и крестоносцы", который во многом посвящен истории Армянского Киликийского государства (XI-XIV вв), а также анализу событий, происходивших на Ближнем Востоке в те годы. В свет вышли пока два тома: первый в 2005 году, второй - в 2007 году. Оба издания осуществлены на средства фонда Галуста Гюльбекяна.

26 октября 2007 года экс-президент Левон Тер-Петросян выступил на митинге оппозиции в на пл."Свобода" в Ереване, где заявил, что примет участие в президентских выборах 19 февраля 2008 года в качестве кандидата, "чтобы предотвратить воспроизводство нынешней власти, так как она порочна, унизительна, и не делает чести нашему народу". 29 ноября 2007 г. в Центральную Избирательную комиссию Армении переданы документы, необходимые для выдвижения кандидатуры Тер-Петросяна на президентских выборах (Л.Тер-Петросян выставил свою кандидатуру в порядке самовыдвижения, предусмотренного Избирательным кодексом РА).

Помимо родного армянского языка Левон Тер-Петросян владеет русским, английским, французским, немецким, латинским, арабским, ассирийским, древнегреческим и древнеармянским языками.

Женат, имеет сына и двух внуков.