利昂·内森·库珀1930年2月28日出生于美国纽约市。1951年在哥伦比亚大学获学士学位，1953年获硕士学位，1954年获博士学位，导师是诺贝尔物理学奖得主伊西多·拉比。

1955年，库珀应约翰·巴丁之邀到伊利诺伊大学做博士后研究，与巴丁及其研究生约翰·施里弗一起攻克超导的微观解释问题。库珀在此期间做出了他最重大的发现：在费米面附近，无论电子间吸引作用多么微弱，两个电子都会通过声子交换形成束缚态——后来被称为『库珀对』。

库珀对的关键性质在于：当两个电子以相反动量和相反自旋配对后，打破配对需要能量（能隙），从而导致电阻消失。1957年，三人发表了完整的超导微观理论，即BCS理论。这一理论成功解释了超导体的所有基本性质，包括零电阻、迈斯纳效应、同位素效应等。三人因此共享1972年诺贝尔物理学奖。

1958年后库珀转至布朗大学任教，创建了脑与神经系统研究所。他后期主要研究神经科学，提出了BCM突触可塑性理论（Bienenstock-Cooper-Munro理论），这是学习和记忆的神经网络模型的重要基础。他创办了Nestor公司，致力于将神经网络应用于模式识别。库珀兴趣广泛，除物理学外还研究哲学、艺术史，著有科普著作《物理的意义与愉悦》。