Az akkor Oroszországhoz tartozó Bialystokban nőtt fel, zsidó családja otthon az orosz, a jiddis és a lengyel nyelvet is használta. Zamenhof a városban együtt élő öt nemzetiség – lengyel, zsidó, orosz, német és fehérorosz – állandó forrongását a meg nem értéssel, azt pedig a közös nyelv hiányával magyarázta. Már ekkor úgy vélte, hogy egy mesterséges nyelv semleges közvetítő közegként szolgálhatna a különböző nemzetiségű és vallású emberek között.

Zamenhof Varsóban szemészeti praxist folytatott, s közben tucatnyi nyelvet sajátított el. Első műnyelve túl bonyolultnak, így életképtelennek bizonyult, ezért azt a (helytálló) következtetést vonta le, hogy a minél egyszerűbb nyelvtan mellett a szavak új jelentéseit inkább toldalékok révén kell létrehozni. Foglalkozott a gondolattal, hogy matematikai alapon, esetleg egy már halott nyelvből vagy a jiddisből kiindulva konstruál nyelvet, de ötleteit sorra elvetette. 1878-ra aztán kidolgozta a mindentől és mindenkitől semleges nyelv tervezetét, de kiadni csak 1887-ben, leendő apósa támogatásával tudta.

A Lingvo internacia. Antauparolo kaj plena lernolibro (Nemzetközi nyelv. Előszó és teljes tankönyv) szerzője a Doktoro Esperanto (Reménykedő Doktor) álnév mögé rejtőzött – innen ered a nyelv eszperantó elnevezése. A siker azonnali és elsöprő volt, de külföldön, mivel a gyanakvó cári kormányzat a nyelvet és követőit gyakorlatilag száműzetésbe kényszerítette. 1889-ben megjelent az első eszperantó újság, 1903-ban megalakult az Eszperantó Világszövetség. Zamenhof a formális vezetést elutasította, ahhoz viszont ragaszkodott, hogy a későbbiekben is tiszteletben tartsák elveit, amelyeket Fundamento de Esperanto (Az eszperantó alapjai) című művében fektetett le.

Az eszperantót világszerte több százezren beszélik, a világirodalom szinte minden jelentős művét lefordították rá a Hamlettől Goethéig, az Andersen-meséktől a Bibliáig (utóbbit maga Zamenhof), sőt vadonatúj műveket is írnak eszperantóul. A siker a nyelv egyszerűségének és rugalmasságának köszönhető: ábécéje 28, csakis egy hangot jelölő betűből áll, írása fonetikus. A szóhangsúly mindig az utolsó előtti szótagra esik, a névelőnek egy alakja van. Szókincsének nagy része sok nyelvben azonos tövekből ered, illetve ésszerűen korlátozott számban új szavakat tartalmaz. Igen sok a szigorú logika alapján képzett összetett szó, így használva ki a korlátozott szókészletet. A toldalékok és prefixumok (a szó elejéhez fűzött jelentésmódosító szócska) használata szintén szigorúan szabályozott: az eredmény egy könnyen megtanulható és használható nyelv.

Zamenhofot 1910-ben Nobel-békedíjra jelölték, de nem kapta meg a kitüntetést. Az eszperantó nyelv atyja 1917. április 14-én halt meg Varsóban, az ottani zsidó temetőben nyugszik. Ma világszerte ezernél több helység, utca, sőt egy kiségitest is viseli Zamenhof nevét.