Русский химик. Родился в Москве. Окончил Московский университет (1895). С 1895 работал в Бактериологическом институте в Москве, с 1900 — в Московском университете. В 1904—1908 проф. Московского техн. училища в 1908—1922 — Петербургского (с 1914 Петроградского) университета, одновременно в 1909—1922 — Петербургского (Петроградского) технол. института. Основатель и директор (с 1918) института по изучению платины и др. благородных металлов.
Исследования относятся к различным обл. химии, но всемирное признание получил за работы по химии комплексных соед. Изучал оптическую и биол. активность орг. соед. Исследовал терпены. Разработал (1899) «ксантогенный» метод превращения спиртов в углеводороды термическим разложением метилксантогенатов (реакция Чугаева). Проводил бактериологические исследования, в ходе которых открыл (1900) чувствительную («светящуюся») реакцию на обычную кишечную (небрюшнотифозную) палочку. Открыл и изучил аномальную вращательную дисперсию орг. молекул с двумя асимметрическими центрами с противоположными знаками вращения и разными коэффициентами дисперсии. Исследуя (с 1905) комплексные соед., установил (1906) правило, согласно которому наиболее устойчивые из этих соед. содержат во внутренней сфере пяти- или шестиЧлененные циклы (правило Чугаева). Открыл (1905) чувствительные аналит. реакции на металлы VIII группы периодической системы элем., в частности на никель (реактив Чугаева) и осмий. Совместно с Ф. В. Церевитиновым предложил (1902— 1907) колич. метод определения подвижных атомов водорода в орг. соед. (метод Чугаева — Церевитинова). Работами по комплексным соед. развивал выдвинутую Л. Верпером координационную теорию строения комплексных соед. Впервые синтезировал пентааммониевые соед. четырехвалентной платины (соли Чугаева). Получил и исследовал (1905) комплексные соед. моно- и диоксимов с тяжелыми металлами. Установил (1905) кинетическое различие реакций стереоизомеров. Создатель отечественной научной школы химиков, изучающих комплексные соед.
Премия им. В. И. Ленина (1927, посмертно). АН СССР учредила (1969) премию им. Л. А. Чугаева.