Chez les juniors (17/18 ans), Lev Gonov intègre l'équipe nationale russe sur piste et sur route. Il remporte ses premiers succès internationaux avec Ivan Smirnov et Gleb Syritsa, principalement sur piste. En 2017, il devient champion du monde et d'Europe de poursuite par équipes juniors. En 2018, il remporte le titre mondial sur la poursuite individuelle. Lorsqu'il passe chez les espoirs (moins de 23 ans), il rejoint l'équipe Lokosphinx. En 2019, il remporte la médaille d'or en poursuite par équipes aux Jeux européens et aux championnats d'Europe espoirs. En octobre 2020, lors des championnats d'Europe espoirs, il décroche deux titres en poursuite par équipes et en course à l'américaine. Un mois plus tard, chez les élites, il devient champion d'Europe de poursuite par équipes. En 2021, il remporte à domicile l'américaine et la poursuite par équipes lors de la manche de Coupe des nations à Saint-Pétersbourg. Sur route, il gagne une étape du Tour de Fuzhou en 2019 sous le maillot de l'équipe nationale.
Avec l'invasion de l'Ukraine par la Russie et le retrait de la licence de Lokosphinx début 2022, il rejoint avec plusieurs coéquipiers une équipe amateur enregistrée en Espagne. Il remporte à plusieurs reprises des courses du calendrier national en Espagne, en Italie et aux Cinq anneaux de Moscou en 2023 et 2024. Ses succès attirent l'attention et il devient stagiaire dans l'équipe Astana Qazaqstan Development en août 2024[1]. Au Tour de Szeklerland, il remporte le prologue et défend la tête du classement général jusqu'à la fin du tour[2].