Леонард Клейнрок - сын уроженца Украины. В 1951 г. Леонард окончил школу Бронкс-Сайенс, в 1957 г. - нью-йоркский Сити-колледж со степенью бакалавра электротехники. В 1959 г. он получил степень магистра по электротехнике и информатике в Массачусетском технологическом институте, а в 1963 г. там же - докторскую степень. Вскоре он присоединился к преподавательскому составу Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, где и продолжает работать в должности профессора.

В 1961 г. Клейнрок описал технологию, способную разбивать файлы на части и передавать их различными путями через сеть. Его научная работа "Информационный поток в больших коммуникационных сетях" легла в основу его докторской диссертации, выводы из которой Клейнрок опубликовал в издании "Коммуникационные сети" в 1964 г. В книге были изложены основные принципы пакетной коммуникации, которые легли в основу современной технологии Интернета.

Идеи Клейнрока опережали время, поэтому нашли применение лишь в конце 1960-х годов, когда ими заинтересовалось Агентство передовых исследовательских проектов (ARPA), одним из направлений деятельности которого стало создание компьютерных технологий для военных целей. В ARPA была поставлена задача - создать компьютерную сеть, которую могли бы использовать военные для защиты от ядерного нападения. Сеть должна была связать командные пункты системы обороны США.

Главным критерием для оценки успешности системы являлась её неуязвимость в момент частичного разрушения от ядерной атаки. Кроме того нужно было обеспечить условия сохранения секретности информации, передаваемой по сети. Для выполнения этого условия была предложена концепция сети, базирующаяся на двух основных идеях: отсутствие центрального компьютера (все компьютеры сети равноправны) и пакетный способ передачи файлов сетью, теорию которого Клейнрок разработал ещё в 1961 году.

В 1988 г. Клейнрок был председателем группы, представившей в Конгрессе США доклад о создании национальной сети. В 1991-95 гг. Клейнрок занимал пост председателя Департамента компьютерных наук Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. В 2007 г. Леонард Клейнрок был награждён высшей научной наградой США - Национальной научной медалью "за фундаментальный вклад в математическую теорию современных сетей передачи данных".

Имя Леонард - германского происхождения, означает "храбрый лев". Фамилия Клейнрок образована немецкими словами klein и Rock и означает "маленькая куртка".