Zadeh sinh tại Baku, Cộng hòa Xã hội chủ nghĩa Xô viết Azerbaijan [2] với tên khai sinh Lotfi Aliaskerzadeh [3], trong một gia đình Iran gốc Azerbaijan. Cha ông, Rahim Aleskerzade, quê ở Ardabil là một phóng viên thường trú của Iran còn mẹ ông, Fanya Koriman, một phụ nữ Nga gốc Do Thái [4] là một bác sĩ nhi khoa [5]. Chính phủ Liên Xô thời điểm này lấy lòng các phóng viên nước ngoài nên gia đình sống khá thoải mái ở Baku [6]. Zadeh học tiểu học trong ba năm ở đây [6], mà về sau ông nhận xét: "đã có một ảnh hưởng đáng kể và lâu dài đến tư duy và cách nhìn nhận sự vật của tôi" [7].

Năm 1931, khi Zadeh 10 tuổi, gia đình ông chuyển về quê nhà ở Tehran. Zadeh đăng ký học trường Alborz. Đó là một trường dòng của Giáo hội Trưởng Nhiệm. Tám năm sau, ông tốt nghiệp trường này và cũng gặp người vợ tương lai của mình, Fay, ở đây [6]. Zadeh sau nhận xét rằng ông đã bị "ảnh hưởng sâu sắc" bởi cách truyền giáo "cực kỳ lịch sự, tốt đẹp, trung thực và hữu ích" từ những người Mỹ điều khiển trường này. "Đối với tôi họ đại diện cho những điều tốt nhất mà bạn có thể tìm thấy ở Hoa Kỳ - những con người từ Trung Tây với cội nguồn rõ ràng. Họ thực sự là những người giúp đỡ những kẻ hoạn nạn, sẵn sàng từ bỏ lợi ích của mình vì lợi ích của người khác. Vì vậy, thái độ này ảnh hưởng đến tôi sâu sắc. Nó cũng gieo vào lòng tôi một ước muốn sâu xa sống tại Hoa Kỳ" [7]. Trong thời gian này, Zadeh cũng được cấp một số bằng sáng chế [6].

Mặc dù sử dụng tiếng Nga nhuần nhuyễn hơn tiếng Ba Tư, Zadeh tham gia kì thi đại học và đứng thứ ba toàn quốc [6]. Ông đứng đầu lớp trong hai năm đầu đại học. Năm 1942, ông tốt nghiệp Đại học Tehran ngành kĩ thuật điện. Ông là một trong ba sinh viên duy nhất tốt nghiệp ngành này trong năm. Do Chiến tranh thế giới thứ hai, Liên Xô đánh chiếm Iran vì vua Iran lúc đó Reza Shah là một người thân Đức. Liên Xô cùng Anh quản lý đất nước Iran. Hơn 3 vạn lính Mỹ cũng có mặt. Zadeh làm việc cho cha mình, một nhà buôn ngũ kim và vật liệu xây dựng với quân Mỹ [8].

Năm 1943, Zadeh quyết định di cư sang Mỹ, tới Philadelphia qua con đường Cairo sau khi trễ vài tháng vì giấy tờ hoặc tàu bè. Ông tới Mỹ vào giữa năm 1944, sau đó đăng ký học sau đại học tại Học viện Công nghệ Massachusetts (M.I.T.) [8]. Trong thời gian ở Mỹ, ông đổi tên thành Lotfi Asker Zadeh [3].

Ông nhận bằng thạc sĩ về kỹ thuật điện ở M.I.T. năm 1946, sau đó đăng ký học tiếp Đại học Columbia vì cha mẹ ông định cư ở New York [8]. Columbia nhận ông làm nghiên cứu sinh và cho phép ông làm trợ giảng [8]. Ông nhận học vị tiến sĩ về kỹ thuật điện tại Columbia năm 1949 và trở thành giáo sư dự khuyết [9] năm sau đó [5][8].

Zadeh giảng dạy 10 năm tại Columbia, được bổ nhiệm chức danh giáo sư năm 1957. Từ năm 1959 ông dạy ở Đại học California tại Berkeley. Ông đề ra lý thuyết về tập mờ, một công trình có tầm ảnh hưởng sâu rộng về sau, năm 1965. Trong nghiên cứu này ông trình bày chi tiết về mặt toán học của lý thuyết tập mờ. Năm 1973 ông công bố lý thuyết về logic mờ.