李奧納德·尼摩伊出生於波士頓,他的父母是從俄羅斯移民到美國的母語為意第緒語的猶太人。他的母親是一名家庭主婦,他的父親開了一家理髮館。他從八歲左右開始表演,17歲時獲得了一個主角。他在洛杉磯加利福尼亞大學學攝影,但是沒有結束他的學業。1953年他在波士頓學院獲得了教育藝術碩士的學位,又在俄亥俄州的安提俄克大學獲得了一個榮譽博士學位。他早年在許多B級片和影集里擔任小角色。他回憶說他參加打牌比賽和醫學試驗來交付跳舞班的學費。從他的口音中可以聽得出他是在波士頓長大的。
他在美國陸軍預備隊中服役,1955年11月最後以中士的軍階退役。據美國國家檔案管理局的報導尼摩伊在美國陸軍的服役記錄在1973年國家人事檔案中心的大火中被毀。
尼摩伊最著名的角色是在《星際爭霸戰》中扮演半瓦肯人、半人類的史巴克。該系列從1966年開始播放,1969年停止。為此他被提名艾美獎。
早在1964年尼摩伊和後來在《星艦奇航記》中演詹姆士·提庇留·科克的威廉·薛特納就一起在一部電視連續劇的一集中共演,當時他們扮演鐵幕兩側的兩個對手。《星際爭霸戰》後尼摩伊還在《星艦奇航記:動畫版》中為史巴克配音。在《星艦奇航記:銀河飛龍》和六部基於《星級旅行:星際爭霸戰》的電影中他也扮演史巴克。在計劃中由傑弗瑞·亞柏拉罕導演的第十一部《星級旅行》電影中他將扮演年邁的史巴克。
在他在《星艦奇航記》獲得成功之前尼摩伊已經在50多部電影和影集里演出,大多數是很普及的影集。《星際爭霸戰》終止後他立刻進入間諜系列《虎膽妙算》,從1969年至1971年他在該系列中扮演一名魔術師和化裝大師的間諜。在這段時間裡他患了消化性潰瘍。
在1970年代和1980年代初他上演了多部影集,被提名一次艾美獎,他還在兩部著名的電視連續劇中出場。1970年代末他在一個描述超常現象的電視節目中做解說和組織者(該節目曾於香港麗的電視播出,譯名為《大搜索》)。在這段時間裡他還出演話劇。1970年代末計劃拍攝新的《星級旅行》系列時尼摩伊被安排僅在十一集中的兩集里出現。但是後來這個系列被改為電影,尼摩伊同意重演他的舊角色。
尼摩伊導演了一些電視連續影集後於1984年成功地導演了第三部《星艦奇航記》的電影。(《星艦奇航記III:石破天驚》),然後又導演了至今為止最成功的一部星艦奇航記電影《星艦奇航記IV:搶救未來》。此後他導演了1987年最上座的電影《三個奶爸一個娃》。尼摩伊偶然也為動畫片做配音。
最新:從2008年秋季,開始在FOX公司新拍的一部以科幻為題材的影集《危機邊緣》(Fringe)中出演「泰坦動力」公司的總裁威廉姆.貝爾(William.Bell)。