Настоящее имя Лев Львович Кобылинский. Литературный псевдоним — Эллис. Внебрачный сын педагога, владельца частной гимназии в Москве Льва Ивановича Поливанова и Варвары Петровны Кобылинской. Учился в 7-й московской гимназии. В 1897 поступил на юридический факультет Московского университета, изучал также экономику. В 1902 Эллис-Кобылинский получил диплом 1-й степени, начал готовить диссертацию, но не окончил ее, занявшись литературной деятельностью.
Литературой Эллис-Кобылинский увлекся еще в студенческие годы, входил в московский кружок младосимволистов. Интересовался Ш. Бодлером, Э. Верхарном, др. французскими и бельгийскими поэтами-символистами, а также Данте. В конце 1901 познакомился с Андреем Белым и вместе с ним организовал поэтический кружок «Аргонавты». Писал стихи в духе раннего символизма, сборники «Иммортели» (1904), «Stigmata» (1910), «Арго» (1914). Переводил произведения французских символистов, разрабатывал теорию символизма. Читал лекции, свои стихи и переводы в московских кружках и салонах, в «Обществе свободной эстетики», в Доме песни.
В 1904-1909 годах Эллис-Кобылинский активно сотрудничал с В. Брюсовым в журнале «Весы». В 1910-1917 годах вместе с Андреем Белым и Э. К. Метнером основал издательство «Мусагет». Подобно своему другу Андрею Белому Эллис-Кобылинский увлекся антропософией Рудольфа Штейнера. Посещал в Москве теософские кружки К. Христофоровой. В 1911 уехал в Германию, сопровождал Штейнера в лекционных турне. Поселился в Берлине, изучил немецкий язык, на котором в дальнейшем печатал все свои труды, пропагандировал учение Штейнера среди русских литераторов, но в 1912-13 разочаровался в антропософии, увлекшись католичеством.
В 1913-14 Эллис-Кобылинский жил в Дегерлохе, близ Штутгарта вместе с Иоганной ван дер Мойлен (псевд. Intermediarius), также бывшей ученицей Штейнера. Период 1-й мировой войны они провели в Италии и Швейцарии, с 1917 — в Базеле, с 1919 и до конца жизни — в Локарно, в Швейцарии. Вдохновленный произведениями Иоганны, Эллис занимался эзотерикой и космологией, в 20-30-е его интерес привлекала культура Средневековья. В начале 30-х перешел в католичество, регулярно посещал службу в монастыре «Madonna del Sasso». Одна из основных занимавших его проблем — взаимоотношения религии и искусства. Выступал за слияние христианских церквей, но в виде присоединения православной церкви к католической.
Эллис-Кобылинский публиковал статьи в католических журналах. Переписывался с Д. Мережковским, Вяч. Ивановым, Н. Лосским. Опубликовал ряд книг и статей о В. Жуковском, А. Пушкине, Н. Гоголе, Вл. Соловьеве, о древнерусской культуре. Перевел на немецкий язык стихи и философские произведения Вл. Соловьева, опубликовав их со своими комментариями (подписывался Dr. Leo Kobilinski-Ellis). Продолжал и в годы эмиграции писать стихи по-русски, но не публиковал их.
Умер Эллис-Кобылинский в Локарно 17 ноября 1947, предположительно от рака. Похоронен был там же на кладбище Св. Антонио.