Kamenev sinh ra ở Kiev trong một gia đình quý tộc, con trai của một kỹ sư cơ khí tại nhà máy Kiev "Arsenal", một đại tá pháo binh. Ông mơ ước trở thành bác sĩ phẫu thuật khi còn nhỏ, nhưng sau đó lại chọn con đường quân sự. Ông tốt nghiệp Quân đoàn Thiếu sinh quân Vladimir Kiev (1898), Trường quân sự ưu tú Aleksandrovsk (1900, đứng thứ ba trong lớp) và Học viện Bộ Tổng tham mưu Nikolaev ở hạng 1 (1907). Kamenev tham gia nghĩa vụ quân sự vào năm 1900, đến Kiev quê hương của ông, trong Trung đoàn Bộ binh Lutsk thứ 165, phục vụ trong bộ binh, và chỉ sau khi tốt nghiệp học viện sau khi phục vụ bằng cấp chiến đấu, ông mới được phục vụ trong Bộ Tổng tham mưu.

Trước Thế chiến thứ nhất, ông làm công tác tham mưu và trợ lý phụ tá cao cấp của các nhân viên của Quân khu Irkutsk, trợ lý cao cấp của các nhân viên của Sư đoàn 2 Kỵ binh, và trợ lý phụ tá cao cấp của các nhân viên của quân khu Vilna. Ngoài ra, Kamenev dạy chiến thugiảnngg viên quân sự. Ông từng tham gia nhiều cuộc diễn tập và các chuyến đi thực địa, điều này đã mở rộng đáng kể tầm nhìn và kiến thức đào tạo của ông như một sĩ quan và chỉ huy chung. Trong những chuyến đi này, Kamenev đã đến thăm các pháo đài của Kovno và Grodno. Ông đã nghiên cứu kinh nghiệm thất bại của quân đội Nga trong cuộc chiến với Nhật Bản.