A los 20 años fue detenido y encarcelado por sus actividades revolucionarias; en prisión se casó con Alejandra Ivovna, otra detenida, y ambos fueron confinados en Siberia. De allí pudieron huir en 1902, viajaron a Londres y en Suiza se relacionaron con Lenin. A partir de entonces Trotski tomó parte directa o indirectamente en todos los movimientos revolucionarios y huelguísticos de Rusia, y destacó como orador político y agitador obrero.
De 1905 a 1914 realizó una intensa tarea de escritor comprometido; publicó varios libros, organizó agitaciones revolucionarias y ofreció conferencias, todo ello en medio de una serie de encarcelamientos y destierros. Establecido en Francia, al inicio de la Primera Guerra Mundial el gobierno francés lo deportó a España, de donde pasó a Cuba, y luego a Nueva York; desde allí regresó a Europa.
Entró a Rusia cuando el ejército del país había sido derrotado en todos los frentes por las fuerzas alemanas. Tomó parte en los disturbios iniciales de la revolución, colaboró activamente con Lenin y fue pieza fundamental (posiblemente el organizador) del golpe de estado de 1917 en que los bolcheviques se apoderaron del gobierno. Ya en el poder, dirigió los ministerios de Asuntos Exteriores y de Guerra, cargo este último que le permitió crear el Ejército Rojo con el que suprimió todas las fuerzas contrarias al comunismo.
A la muerte de Lenin en 1924, Stalin consiguió mayoría en el congreso del Partido Comunista, se afianzó en el poder, y logró la expulsión de Trotski y de numerosos dirigentes de la primera hora revolucionaria, inculpándolos de obstruccionismo. Obligado a huir, en el extranjero inició Trotski una violenta campaña contra Stalin, al que acusó de violar el testamento de Lenin y de usurpar el poder. Tuvo que pasar de un país a otro, hasta que en 1937 el gobierno de México le concedió asilo político. Fue mortalmente herido, por sorpresa, en su propio domicilio, la Villa Coyoacán, por un sicario stalinista - Jacques Mornard o Ramón Mercader, su identidad no ha sido plenamente aclarada- que había logrado ganarse la confianza de la víctima y su familia. A pesar de su muerte, numerosos comunistas de todo el mundo siguieron llamándose "trotskistas" y defendiendo sus ideas políticas.