劳伦斯·克莱因是美籍犹太人，1920年9月14日出生于美国内布拉斯加州的奥马哈城。
由于对经济学的兴趣和对数学的爱好，克莱因对当时在麻省理工学院的保罗·萨缪尔逊推崇备至。1942年，他从伯克利加州大学毕业后，接着考入麻省理工学院，在保罗·萨缪尔逊的指导下学习。1944年，在麻省理工学院获得博士学位，他是该院第一个经济学博士。
他参加了芝加哥大学考尔斯委员会的经济计量学班子。在那里，他接受了一个挑战性的任务，继续简·丁伯根编制经济计量模型的尝试。当时的芝加哥，云集了一批才华横溢的经济学家，可谓群星璀灿。这些人中，后来奇迹般地涌现出四位诺贝尔奖获得者。在这里，克莱因开始了他的传奇式的模型编制者的生涯。他试图把数学、统计学工具与凯恩斯主义宏观经济理论融为一体，并与考尔斯委员会的同事们一起发展了统计方法与体系，这些现在已经成为当代经济学家基本训练的一部分。他的宏观经济计量模型中的第一个就是在这里完成的。
1942年夏季，克莱因离开了芝加哥，接受了加拿大政府顾问的职位。在渥太华的一个暑期，他帮助加拿大政府建造的第一个经济计量模型问世。之后他和妻子去了欧洲。在1947年10月到1948年秋季，他访问了许多欧洲的经济学家，有挪威的拉格纳·弗里希、特里夫·哈夫莫，瑞典的赫尔曼·华尔德、爱立克·伦德伯格、爱立克·林达尔、拉格纳·本策尔，还有荷兰的简·丁伯根，英国的理查·斯通等，还见到了正在访问奥斯陆的玻尔·挪里加拉斯木生和约根·佩德生。这一年的生活对他以后的研究工作多有启发。
克莱因回到美国后，应阿瑟·伯恩斯的邀请加入国民经济研究局，在一笔博士基金的支持下，对生产函数作一些经济计量研究，奠定了经得起考验的研究方法。与此同时，由于那时他对财产的估价特别是流动资产以及储蓄行为的效应也颇感兴趣，所以，他还参加了密歇根大学的调查研究中心的工作。在那里，他接受了福特基金的资助，创立经济计量学研究班。这番努力的结果是，克莱因和阿瑟·戈德柏格（当时是一位研究生）结交，和他一起建立了克莱因——戈德柏格美国经济模型。这个模型基本上是他在考尔斯委员会开始的工作的延续。
四年后，1954年，在统计研究所弗兰克·波查德的提议下，克莱因出任牛津大学统计研究所研究员，根据牛津储蓄调查的数据，编制了一个英国模型。这项工作在1957年获得了威廉·巴特灵奖。在牛津的四年中，他开始对理论经济计量学进行研究，探讨了统计推断方法。
1958年后，他又回到美国，加入宾州大学的教师队伍。他此后一直在该校的沃顿学院经济系做教授，从事教学和研究工作。在那里，他创制了一系列模型，后来被称为沃顿模型。1959年，他获得了美国经济学会颁发的约翰·贝茨·克拉克奖章，时年39岁。
20世纪60年代初，他为了资助宾州大学的数量经济研究，决定建立一家公司，向私人和政府部门出售经济计量预测结果，所得的资金用于补助学生，以及宾州大学经济系和范围更大的研究事业。
这期间，克莱因还广泛走动，为许多国家和地区，特别是日本、以色列和墨西哥的模型方案进行工作。他还指导了一些论文。这些论文都成为许多发展中国家和发达国家的模型工程的组成部分。1960年，他首次访问日本，任大阪大学的客座教授，参与他们的建造模型方案的工作，并与森岛通夫和市村真一共同创办《国际经济评论》，这是大阪大学和宾州大学联合出版的刊物。
克莱因的成果和声誉与日俱增。1959年，他应社会科学研究院的邀请去担任经济稳定委员会的主要调查员。他主要负责为美国经济建立一个短期预测模型。这个模型本来是为社会科学研究院编制的，后来被布鲁金斯研究所选中，于是成为“布鲁金斯模型”。这项工作持续了十年，其收获是得到了许多新的研究方法。这些方法对他以后的研究有着重要的意义。
20世纪60年代后期，克莱因感到建立一个整体国际经济模型的必要。在国际基金组织和国家科学基金的资助下，1968年，克莱因在斯坦福大学的一次会议上发起行动，把经济合作与发展组织的主要国家的模型编制者召集到一起，建立一套连续的国际方程来分析各国经济之间的相互影响和联系。这就是林克计划。林克计划实际是一个各国经济的国际联系模型。克莱因与斯坦福的波特·希克曼、国际货币基金组织的鲁道夫·龙伯格和加州大学的阿龙·戈登共同负责这个计划。
克莱因在林克计划上花了许多时间和精力，这套模型现在囊括了较不发达国家和计划经济国家以及经合组织国家。在克莱因看来，林克系统比以往用过的任何系统更迅速、便宜和容易。而且，全世界范围的参与研究者现在能够利用一个视听电信系统，就能在配套网络的计算机屏幕上得到充分的信息。
克莱因还与中国进行了卓有成效的合作。1979年，克莱因率领一个美国代表团访问了中国科学院。他主持了从收集数据、了解中国的经济结构，到帮助解决数据管理方面的问题等一系列有助于建立中国的经济计量模型的工作。5年后，第一个中国的经济计量模型就建立起来了。这个模型准确地显示了中国的增长轨迹，还能显示中国的收支问题、膨胀程度等。
在经济学的发展历史上，克莱因可谓最优秀的国内、国际计量模型编制者。在把经济学引入实证主义的新时代这一过程中，他比任何人都做得更多。他于1980年获诺贝尔奖的殊荣，也正是源于他在经济计量模型编制工作中的贡献。
克莱因的主要理论贡献是：以公认的经济学说为基础，根据对现实经济中实际数据所作的经验性估算，建立经济体制的数学模型，并用其分析经济波动和经济政策，预测经济趋势。在包括周期研究、随机波动、动态乘数反应、方案分析以及预报等理论性经济分析和公共政策的问题上，运用各种估算系统。所研究的模式包括发展中经济、中央计划经济和工业市场经济，以及这些经济的国际贸易和金融关系。主要有“克莱因—戈德伯格模型”、“布鲁金斯模型”、“沃顿模型”和“世界模型”。
经济学的历史将把克莱因记录为最优秀的国内、国际计量模型编制者。在把经济学引入实证主义的现代纪元方面，他比任何人都做得多。从早期与柯立芝委员会到和沃顿计量经济预测中心合作，克莱因把一生都献给了经济计量模型编制和预测工作。这些努力不仅包括工业化国家，也包括许多发展中国家。
他的老师萨缪尔逊评价克莱因时说：他为战后计量经济模型的发展做出了杰出的贡献，因此可以把该时期誉为“克莱因时代”。
克莱因的学术成就，概括地说，是将计量经济学方法和凯恩斯主义宏观经济学分析结合起来，创立了宏观经济计量学。他在成名之作《凯恩斯革命》中，第一次完整地把凯恩斯的经济理论表述为数学形式。他的另一本代表作《美国的一个经济计量模型，1929—1952》，不仅在结构、规模和先进的估算方法论方面是现代宏观模型的鼻祖，而且也是正式地用于经济波动预测的第一个经济计量模型，对以后美国和其他国家建立的宏观经济计量模型有深远而普遍的影响。
在编制模型中，克莱因继续了简·丁伯根在30年代开始的经济计量宏观分析的试验，然而克莱因使用了一种不同的经济理论和不同的统计技术。他的目标也不同。克莱因偏重于宏观经济计量模型在预测经济发展趋势和制定经济政策方面的实际应用，并把它推广到全世界。他在这个领域内取得了巨大的成就，产生了深远的影响。
他从事经济计量学的经验研究和实际应用，是从研究经济波动和建立小型的美国经济计量模型开始的。在建立克莱因—戈德伯格模型之前，他就编制过两次世界大战期间的美国模型（1921—1941），称为“克莱因模型Ⅰ”，并为实验的目的，经常对模型进行重新估算。他用这个模型提出过在第二次世界大战结束时流行的观点，即美国经济会重新陷入衰退的不同意见，实践证明他的意见是正确的。在建立克莱因—戈德伯格模型之后，克莱因与他的同事和学生合作，又编制了大规模的沃顿经济计量模型，包括用于短期预测（3年）的季度模型和长期预测（10年至25年）的年度模型。前一个模型已发展到第四代。这些模型对美国经济做了详细复杂的描述，并不断用新的资料和新的思想进行更新和修正。克莱因同时是布鲁金斯（Brookings）经济计量模型的指导者。这个模型对美国经济的结构有高度细化的说明，是30位著名经济学家合作的产物。
克莱因还帮助其他国家建立模型。包括1947年的加拿大第一个模型，1961年的日本模型，1961年的英国第一个季度模型。他关于发展中国家模型式样的建议，明显地被采纳于印度、墨西哥、苏丹等不同国家的模型中。他还与他的同事一起，致力于建立苏联的模型，对前苏联的经济计划和计划执行进行经济计量的描述。
20世纪60年代末的林克计划是一个规模宏大的世界经济计量模型，其中克莱因起了中心的作用，他既是创议者，又是一位积极的研究领导者。这个计划的目标之一是，协调各国的经济计量模型，用以改善分析商业波动在各国中扩散的可能性，以便利国际贸易和资本流动的预测。另一个目标是研究一国政治措施的经济效应，如何影响其他国家。这个方法已被用来研究一次石油涨价如何影响各国的通货膨胀、就业和贸易平衡。林克计划开辟了一条全新的发展道路，有很大的理论和实践价值。