Ông sớm tiếp xúc với văn thơ từ nhỏ, năm 12 tuổi bắt đầu vừa học văn hóa, vừa học việc ở nhà in Trịnh Đình Trọng thuộc Sở Giáo dục Nam Bộ trong chiến khu.

Năm 1954, ông theo gia đình tập kết ra Bắc, học ở các trường học sinh miền Nam, Trường phổ thông trung học Nguyễn Trãi (Hà Nội), rồi vào học khoa Sử, Đại học Tổng hợp Hà Nội. Bài thơ đầu tiên ra mắt bạn đọc, Nhớ mưa quê hương với dòng cảm xúc thương nhớ da diết miền Nam, đã chiếm được cảm tình của độc giả và đoạt giải nhì trong cuộc thi thơ năm 1960 của tạp chí Văn nghệ. Tốt nghiệp đại học, Lê Anh Xuân được giữ lại làm cán bộ giảng dạy ở khoa Sử và được cử đi nghiên cứu sinh ở nước ngoài nhưng ông từ chối để trở về quê hương chiến đấu.

Tháng 12 năm 1964, Lê Anh Xuân tình nguyện về Nam và công tác ở Tiểu ban Giáo dục thuộc Ban tuyên Huấn Trung ương cục. Đến thang 7 năm 1965, anh chuyển sang công tác ở Hội văn Nghệ Giải Phóng.Từ đây, Lê Anh Xuân sống và chiến đấu với tư cách là người chiến sĩ-nghệ sĩ.

Cuối năm 1964, ông vượt Trường Sơn vào miền Nam, làm việc ở Tiểu ban Giáo dục thuộc Ban Tuyên huấn Trung ương cục miền Nam và sau đó là Hội Văn nghệ Giải phóng miền Nam. Trong thời gian này, ông bắt đầu sử dụng bút danh Lê Anh Xuân. Nguyên thủy, do nhu cầu đổi tên để giữ bí mật khi về Nam, tránh bị đối phương phát hiện là cán bộ miền Bắc đưa vào mặt trận, ông lấy bí danh là Lê Lan Xuân, đặt theo tên một người bạn gái tên Xuân Lan. Sau này khi vào chiến trường, ông đổi thành Lê Anh Xuân. Năm 1966, ông được kết nạp vào Đảng Cộng sản Việt Nam. Ngoài làm thơ, ông còn viết cả văn xuôi.

Lê Anh Xuân hy sinh ngày 21 tháng 5 năm 1968 tại ấp Phước Quảng, xã Phước Lợi, huyện Cần Đước, tỉnh Long An trong một trận càn của quân đội Mỹ.