Писатель, общественный деятель. В политических движениях не участвовал.
Дворянского происхождения. В 1901 г. окончил Самарское реальное училище. Поступил в петербургский Технологический институт. Приняв стихийное участие в студенческих волнениях в 1905 г., был вынужден в течение года продолжать обучение в Дрездене. Институт в Петербурге окончил в 1907 г. Вскоре познакомился с русскими художниками и литераторами. Многократно бывал за границей. Начал писать статьи и стихи. В 1908-1909 гг. сотрудничал в нескольких изданиях одновременно.
В 1908 г. в журнале «Нива» опубликован первый рассказ Толстого «Старая башня». В последующие годы автор увлекается миниатюрами о фантастических существах, стилизациями народных сказок и притч. Тональность ранних произведений Толстого – жизнелюбие, юмор (цикл «Заволжье»). Типы персонажей — старых помещиков в условиях изменений в обществе на границе XIX-XX вв., провинциальные характеры, деревенские наивные реформаторы и изобретатели — находят отклик у читателей. С 1912 г. писатель живет в Москве. Пробует силы в драматургии, но пьесы не имеют успеха.
С начала Первой мировой войны Толстой – военный корреспондент «Русских ведомостей» на разных фронтах. Публикует циклы очерков патриотической направленности, ряд военных рассказов.
Февральскую революцию встретил с энтузиазмом, откликнулся на февральские события одобрительными статьями. При Временном правительстве был комиссаром по регистрации печати. В это же время появляются первые произведения Толстого исторической тематики («Первые террористы», «Наваждение» и др.). Октябрьскую революцию воспринял негативно.
В июле 1918 г. с семьёй уехал из Москвы, позднее – из России. Тесно общался с Горьким, печатался в газете сменовеховцев «Накануне» и других лояльных к советской власти изданиях. В апреле 1922 г. исключён из Союза русских писателей в Париже. В 1923 г. вернулся на родину, в Петроград. Впоследствии называл эмигрантский период самым тяжелым в своей жизни. Однако годы эмиграции были творчески плодотворными: за это время Толстым написано большое количество произведений, разнообразных по тематике и поэтике. В Париже начат роман «Хождение по мукам», написаны первые научно-фантастические произведения. Творчеству Толстого присуща многотемность, многожанровость.
В 1924 г. в статье «Задача литературы» провозгласил цель создания типа «большого человека». Пробовал писать киносценарии. Многие произведения писателя впоследствии экранизированы. Писал по заказу высшего политического руководства идеологизированные произведения: о недавней истории («Хлеб (Оборона Царицына)»), о политических деятелях («Путь к победе») и т. д. В январе 1939 г. избран действительным членом АН СССР. Выдвинул идею широкого сбора и изучения фольклора. Во время войны – активный публицист. Пользовался огромной популярностью, а также уважением и покровительством властей.
Смерть писателя от тяжёлой болезни не позволила закончить роман «Петр Первый», начатый в 1929 г. Живость изображений событий и характеров, близкий к народному язык, исторический колорит поставили роман в ряд лучших исторических произведений.