Его наиболее известная и значительная работа - теория массового обслуживания, которая применяется во многих областях, играя ключевую роль в качестве математической основы пакетной коммутации – основоположной технологии Интернета. Его первый вклад в эту сферу начался с докторской диссертации в 1962 году, которая была опубликована в виде книги в 1964 году. Позже он также опубликовал еще несколько по данной тематике работ.

Его теоретические разработки по иерархической маршрутизации в конце 70-х, вместе с его студентом Фаруком Камуном, являются теперь критическими в работе сегодняшней мировой сети Интернет.

В 1969 году была создана первая в мире электронная компьютерная сеть – ARPANET. Это случилось 29 октября, соединив узлы связи из Клайнрокской лаборатории в Калифорнийском Университете в Лос-Анджелесі и лаборатории Дугласа Энгельбарта в  SRI. Интерфейс для обработки посланий с обеих сторон послужил основой первого Интернета.

В 1988 году Клайнрок возглавил группу которая представила доклад “На пути к общенациональному развитию сети”. Этот доклад сильно повлиял на сенатора Эль Гора, который провел через Сенат Билль Гора или Акт о Высокоэфективной компьютеризации (High Performance Computing Act) в 1991 году, который стал фундаментальным в развитии интернета в 90-х. В частности, это привело к появлению в 1993 году броузера MOSAIC, который разрабатывался на средства по программе High-Performance Computing and Communications Initiative (высокоэфективные вычесления и коммуникационная инициатива) введенной Биллем Гора в 1991 году.

Клайнрок закончил легендарную высшую школу наук Бронкса в 1951 году и получил степень бакалавра в 1957 году в Нью-Йоркском Сити Колледже, а потом магистерскую и докторскую степени в Массачусетском технологическом институте в 1959 и 1963 гг., соответственно. Потом он стал работать на факультете в Калифорнийском Университете в Лос-Анджелесі, где он работает и по сей день. С 1991 по 1995 гг., он возглавлял отдел компьютеных наук в этом университете.