В 1908 году инженер Владислав Карпинский основал на Каменноостровском проспекте одну из первых в Петербурге кинофабрик (его опередил лишь фотограф Александр Дранков, открывший киноателье). Фабрика синематографических лент получила название «Омниум-кино». На ней снимались видовые и хроникальные фильмы, охотно покупавшиеся прокатными компаниями города. Познавательные и документальные сюжеты Владислава Карпинского демонстрировались и в театрах Скобелевского комитета, который в 1912 году специально учредил кинематографический отдел. После Октябрьской революции 1917 года все имущество этого отдела, включая технику и киноленты, было передано в ведение Петроградского кинокомитета. Здесь и был в 1918 году снят первый советский фильм «Уплотнение» (сценарий Анатолия Луначарского, режиссеры Григорий Козинцев и Леонид Трауберг).
В 80-х годах XIX столетия купец 1-й гильдии, бывший крепостной из тверского поместья князей Волконских Георгий Александрович Александров приобрел участок на Каменноостровском проспекте, чтобы соорудить на нем большой аквариум в несколько секций и за плату показывать посетителям морских и пресноводных рыб, а также водные растения. Рядом с аквариумом планировалось читать лекции о подводном мире. Но этим идеям Александрова не суждено было осуществиться. В итоге на участке появились сад, ресторан и театр на две с половиной тысячи мест, за которыми закрепилось название «Аквариум». 4 мая 1896 года в летнем театре «Аквариума» давали оперетту «Альфред-паша в Париже». На спектакль зрителей заманивали обещанием показать синематограф. Перед третьим актом публика увидела знаменитое «Прибытие поезда». В 1901 году по перед «Аквариумом» соорудили ограду, входной портал-ротонду и открытую сцену. В 1905-1906 годах на участке были построены два доходных дома №10 и 12. В 1903-1904 годах - здание Петербургского центрального рынка. В 1912 году в «Аквариуме» был сооружен «Дворец льда». Им стало первое в России здание для искусственного ледяного катка. В декабре 1923 года вышло постановление о передаче помещений «Аквариума» киностудии, которая к тому времени уже называлась «Севзапкино», для организации в них кинопроизводственного городка.
Киностудия, надо отметить, сменила немало названий, прежде чем с 1934 года стала именоваться «Ленфильмом». В 1924 году «Севзапкино» изменили на «Совкино». В 1925 году появилось название «Ленинградкино», в 1930 году - «Союзкино».
В 30 е годы ХХ века на киностудии были поставлены фильмы, ныне ставшие классикой отечественного кино: трилогия о Максиме режиссеров Григория Козинцева и Леонида Трауберга, «Пётр Первый» В.Петрова, «Депутат Балтики» А. Зархи и И. Хейфица, «Чапаев» братьев Васильевых, «Человек с ружьем» С. Юткевича и др.
В годы Великой Отечественной войны киностудия «Ленфильм» была эвакуирована в Алма Ату и вошла в состав Центральной объединенной киностудии художественных фильмов (ЦОКС). Операторы «Ленфильма» вели документальные съемки на фронтах и в осажденном Ленинграде.
Первый цветной фильм на киностудии был снят в 1950 году - картина режиссера Григория Рошаля «Мусоргский». В 1954 году на «Ленфильме» была реализована первая ко-продукция - фильм совместного производства СССР и Болгарии «Герои Шипки» (режиссер Сергей Васильев). В 1957 году снят первая цветная широкоэкранная стереозвуковая картина «Дон Кихот» режиссера Григория Козинцева.
Современная студийная марка с «Медным всадником» впервые появилась в титрах картины «Рабочий поселок» режиссера Владимира Венгерова в 1965 году. Ее автором была художник Марина Боголовская.
В 60-е годы XX века «Ленфильм» расширил свою территорию. В глубине сквера было построено здание студии, стилизованное под классицизм с колонным порталом и треугольным фронтоном. В 1964 году разобрали ротонду, выходившую на Каменноостровский проспект. Сквер за счет удаления ротонды расширили.
Когда в 60-е годы студия почувствовала нехватку кадров, способных держать заданный в довоенный период уровень, маститые режиссеры решили готовить их сами. При «Ленфильме» открылись Высшие режиссерские курсы, выпускниками которых стали такие известные ныне режиссеры, как Илья Авербах, Глеб Панфилов, Игорь Масленников и другие.
«Ленфильм» всегда отличало внимание к начинающим режиссерам, операторам, сценаристам. Студия смело брала на себя риски, связанные с дебютом, и в большинстве случаев это оправдывало себя. Благодаря «Ленфильму» отечественное кино получило таких мастеров, как Виктор Трегубович, Геннадий. Полока, Виталий Мельников, Сергей Микаэлян, Владимир Мотыль. Савва Кулиш, Семен Аранович, Динара Асанова, Александр Рогожкин, Юрий Мамин, Владимир Бортко.
Однако далеко не все и не всегда шло гладко. Алексей Герман снял фильм «Операция «С Новым годом!»», сразу принесший ему славу, в 1971 году, а в прокат под названием «Проверка на дорогах» картина вышла лишь в 1985 году. Через пять лет, в 1990 году, бывший на тот момент генеральным директором киностудии Александр Голутва, подписал приказ о создании в составе «Ленфильма» «Студии первого экспериментального фильма» и назначил ее руководителем Алексея Германа. Через нее в кино пришли Алексей Балабанов, Евгений Юфит, Лидия Боброва, Олег Ковалов, Игорь Алимпиев, Ирина Евтеева, Максим Пежемский и другие.
Всего за всю историю на «Ленфильме» было снято около полутора тысяч фильмов, многие из которых вошли в золотой фонд мирового киноискусства.
Директорами киностудии с середины 80-х годов были Александр Голутва (1987 1996); Виктор Сергеев (1997 2002); Андрей Зерцалов (с апреля 2002 по сентябрь 2007). С сентября 2007 года «Ленфильм» возглавляет Вячеслав Тельнов.
В 2000 году началось техническое обновление студии. Полностью был переоснащен звукотехнический комплекс, впервые за многие предшествующие годы начался ремонт внутренних помещений. В 2001 году открылась студия звукозаписи DOLBY SURROUND.
4 апреля 2001 года Владимир Путин подписал Указ № 389 «О реорганизации федеральных государственных киностудий», согласно которому федеральные государственные киностудии должны были стать новыми федеральными государственными унитарными предприятиями, подлежащими последующему преобразованию в открытые акционерные общества. Так в 2003 году «Ленфильм» был разделен на два предприятия: ГУП творческо-производственное объединение «Киностудия Ленфильм» и ГУП «Фильмофонд киностудии «Ленфильм». И именно первому начала угрожать, казалось, неизбежная, но отнюдь не немедленная приватизация. У проекта приватизации «Ленфильма» были свои противники и сторонники. В итоге, 25 января 2008 года стало известно, что продажа акций киностудии была приостановлена. Тем временем, судьбой «Ленфильма» уже заинтересовалась компания «АФК «Система»», подразделение которой – ЗАО «Всемирные русские студии» - готово было инвестировать в развитие киностудии на базе государственно-частного партнерства около $200-300 млн. В ближайшее время АФК «Система» планирует выделить киностудии «Ленфильм» $10-15 млн. на срочный ремонт и модернизацию технической и материальной базы киностудии. Параллельно с этим АФК «Система» в тесном сотрудничестве с руководством и Общественным советом киностудии подготовит проект комплексной реконструкции «Ленфильма».
В ноябре 2011 Председателем совета директоров киностудии «Ленфильм» вместо представителя Росимущества стал Эдуард Пичугин — один из создателей проекта «КиноСити». В состав совета директоров, помимо представителей Росимущества, входят Наталья Гриднева из департамента кинематографии Минкультуры и два представителя холдинга "Система Масс-медиа" (СММ) - старший вице-президент Евгений Савостьянов и гендиректор ЗАО "Всемирные Русские Студии" (RWS) Юрий Сапронов.В одном из интервью по поводу своего назначения Эдуард Пичугин заявил, что сейчас ведется изучение концепций развития «Ленфильма», ранее предложенных разными структурами, в том числе городскими властями. Но ни одна из них, в том числе и разработанная «Ленфильмом», не прошла экспертизу. Пока они не отвечают требованиям, при соблюдении которых можно подать в правительство.