Nació el 9 de septiembre de 1828 en la propiedad familiar de Yásnaia Poliana (sur de Moscú). Hijo del conde Nokolai Ilich, un terrateniente, y de María Nikolaievna, princesa Volkonskaia. Su primera infancia transcurrió en Yásnaia Poliana. En 1830 fallece su padre y cuando tenía nueve años murió su madre. Los hermanos Tolstói fueron confiados a la tutela de dos tías paternas y en 1841 pasó a vivir con una de ellas en la ciudad de Kazán. Recibió educación de tutores franceses y alemanes y a los 16 años entra en la Universidad Kazán, donde cursó estudios de lenguas y leyes.

En el año 1851 se incorpora al ejército y entra en contacto con los cosacos, que se convertirían en los protagonistas de una de sus mejores novelas cortas, Los cosacos (1863). Como militar, participó contra los guerrilleros tártaros en los límites del Cáucaso y en la guerra de Crimea, en 1853. Concluyó una obra autobiográfica, Infancia en 1852, a la que siguieron otras dos, Adolescencia (1854) y Juventud (1856). Después aparece Sebastopol (1855-1856), tres historias basadas en la guerra de Crimea. Regresó a San Petersgburgo en 1856. Realiza viajes por el extranjero (en 1857 y 1861), visitando escuelas alemanas y francesas y, más adelante, abrió en Yásnaia Poliana una escuela para niños campesinos.

En 1862, contrajo matrimonio con Sonia Andréievna Bers. Después escribió sus dos novelas principales, Guerra y Paz (1865-1869) y Ana Karenina (1875-1877). Guerra y Paz, está considerada como una de las novelas más importantes de la historia de la literatura universal, una visión épica de la sociedad rusa entre 1805 y 1815. Ana Karenina, novela por entregas, fue considerada como una de las mejores novelas psicológicas de la literatura.

Alrededor de 1877 se convirtió al cristianismo. En Confesión (1882), se culpa de llevar una existencia vacía y autocomplaciente y emprende una larga búsqueda de valores morales y sociales. Escribe los ensayos Amo y criado (1894). En ¿Qué es el arte? (1898), realiza una condena de casi todas las formas de arte, y abogó por un arte inspirado en la moral, en el que el artista comunicara los sentimientos y la conciencia religiosa del pueblo. Escribe cuentos de carácter edificante, reunidos en el volumen Historias para el pueblo (1884-1885) y obras destinadas a lectores cultos, en las que se permite un mayor espacio para desarrollar su poderosa inventiva.

La más conocida de estas obras es "La muerte de Iván Ilich" (1886). El cuento La sonata a Kreutzer (1889) trata de la educación sexual y el matrimonio; la obra teatral El poder y las tinieblas (1888) es una tragedia, y su última novela Resurrección (1899), es la historia de la regeneración moral de un noble hasta entonces falto de escrúpulos. Con 82 años, atormentado por la disparidad entre sus criterios morales y su riqueza material, y por las disputas con su mujer, que se oponía a deshacerse de sus posesiones, Tolstói, acompañado por su médico y la menor de sus hijas, se marchó de casa a escondidas en medio de la noche. Tres días más tarde, cayó enfermo de neumonía y, el 20 de noviembre de 1910, falleció en una estación de ferrocarril. Fue enterrado sin ninguna ceremonia religiosa en una pequeña loma cercana a Yásnaia Poliana, el día 22 de noviembre de 1910.

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