Культура была выделена в 1922—25 археологом Б. С. Жуковым, в ходе его работ на стоянке у села Льялово в 40 км к востоку от Москвы. Изучением льяловской культуры занимались А. Я. Брюсов, В. М. Раушенбах, В. П. Третьяков, Д. А. Крайнов, А. А. Формозов. Ими были скорректированы хронология и периодизация культуры, выявлены ареал распространения и связь с мезолитом. В 1990-х годах проводились раскопки поселения Воймежное-1, которые дополнили представления о льяловской культуре.
Льяловская культура относится к раннему неолиту лесной зоны Восточной Европы. Она занимает бассейн рек Москвы и Клязьмы, на северо-востоке граница ее распространения доходит до реки Кострома, а на севере — до Ярославля. Предположительно, население льяловской культуры — протофинны.
Поселения льяловцев располагались по берегам озер и небольших речек на небольших возвышениях, часто в окружении широколиственных лесов. Нередко стоянки заселялись неоднократно, когда люди сначала оставляли обжитое место, а потом снова заселяли его. Изучение культурного слоя стоянок позволяет сделать вывод о том, что повторные заселения проходили с интервалом в 100—150 лет.
Археологами открыты разные типы поселений льяловцев: сезонные и промысловые стоянки, жилые площадки, жилища, иногда углубленные в землю. В. В. Сидоровым на стоянке Маслово болото было раскопано жилище размером 20 на 7 м, с пятью очагами и остатками центральных столбов, что говорит о наличии двускатной крыши. Жилище на стоянке Сахтыш-1 было врезано в береговой склон, имело площадь 200 кв. м и центральные столбовые конструкции.

Керамика льяловской культуры, как правило, яйцевидной формы с закругленным дном или острым дном в более поздний период. Сосуды размером от 10 до 45 см в диаметре лепили вручную из глины с примесью песка и дресвы. Венчик прямой или слегка загнут внутрь. Орнаментом покрывалось все тулово сосуда. Узор очень простой, представляет собой сочетания ямочных и гребенчатых отпечатков. Ямки располагались в шахматном порядке, гребенчатые отпечатки сделаны специальным штампом. На раннем этапе большую часть сосуда покрывали гребенчатым орнаментом, но с течением времени начинает преобладать ямочный орнамент. На позднем этапе сосуды сплошь покрывались ямочным орнаментом. Более сложные комбинации ямочно-гребенчатого орнамента встречаются у других культур ямочно-гребенчатой керамики.
Подавляющее количество орудий сделано из кремня, но встречаются и орудия из сланца, диорита, кварца. Все мелкие орудия (ножи, скребки) выполнены на сколотых с крупного камня пластинах и обработаны ретушью. Археологами найдено множество скребков для обработки шкур, ножей, резцов, разнообразных рубящих орудий. Наконечники стрел и дротиков имеют листовидную, черешковую и ромбическую форму. Характерными для льяловской культуры являются так называемые «ложкарные орудия» — орудия для изготовления деревянной посуды, ковшей и ложек (предметов, где требуется выемка). Из кости льяловцы делали предметы охоты и рыболовства: гарпуны, крючки, наконечники стрел с тупыми концами для охоты на пушного зверя.
Основным занятием льяловцев была охота, рыболовство, собирательство. Анализ остатков костей животных на стоянках показал, что льяловцы охотились на лося, кабана, северного оленя, бобра, куницу, глухаря, тетерева, гуся, также были найдены кости рыб: сома (до 2 м), осетра, стерляди (более 1 м), окуня, леща. Вероятно, льяловцы имели домашних собак. Как правило, могильники льяловцев располагались прямо на стоянках или рядом с ними. Покойников хоронили в узких ямах, погребения были безынвентарными или с небольшим количеством украшений и орудий.