Открытие новой школы в поселке Лев Толстой Московско-Донбасской железной дороги, которой был присвоен номер 42, состоялось 1 сентября 1939 года. Позже она перешла в ведомство управления Юго-Восточной железной дороги.

Первым директором школы был назначен Тихон Иванович Вислогузов. Летом 1940 года состоялся первый выпуск школы.

С декабря 1945 года она носит имя Л. Н. Толстого. С тех пор свой день рождения школа празднует 9 сентября – в день рождения великого писателя.

В послевоенные годы число учащихся возросло, занятия в школе проводились в три смены. Был разбит пришкольный сад. В 1948-1949 годах оборудовали физкультурную площадку. В старом деревянном здании двухклассной начальной школы были размешены столярная и швейная мастерские, где велось трудовое обучение. Был разбит опытный участок и в центре его построена застекленная теплица. Организован большой хор учащихся. В 1969 году к школе было пристроено второе крыло, добавилось 12 классных комнат.

5 ноября 1969 года возле школы силами учащихся под руководством учителей был открыт памятник выпускникам, погибшим в годы Великой Отечественной войны. Автор проекта – директор школы – заслуженный учитель школы РСФСР, одаренный художник Б. И. Кузовкин.

В 1974 году на территории школы появился двухэтажный интернат, где проживали дети и подростки с разъездов Юго-Восточной железной дороги. В 1975 году открылась школьная комната боевой и трудовой славы. В 1997 году при школе появилась изостудия «Палитра».

С 2015 года – муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение им. Л. Н. Толстого Лев-Толстовского района Липецкой области.

Выпускники – специалисты во всех отраслях народного хозяйства, науки и культуры – врачи, учителя, агрономы, рабочие, научные сотрудники, предприниматели, прославившие свою малую родину.