לוין נולד בעיירה סוקולקה שבפולין והתחנך עד 1933 בבית הספר "תחכמוני" שבעיירה סוקולי ובגימנסיה העברית "תרבות" שבביאליסטוק. בשנת 1933 עבר ללודז' וסיים את לימודיו התיכוניים בגימנסיה של יצחק קצנלסון. בשנת 1926 הצטרף לתנועת הנוער בית"ר, ופעל בה כמדריך וכמפקד עד עלייתו ארצה ב-1937 כסטודנט לכימיה באוניברסיטה העברית בירושלים. בין השנים 1935–1937 סייע לזאב ז'בוטינסקי בעת ביקוריו בלודז' בארגון הרצאותיו בפני יהודי פולין, שבהן קרא ליהודים לעזוב את פולין ללא דיחוי ולעלות ארצה. כן שימש כסגן מפקד קן בית"ר בלודז' וקצין מחוז לודז'. עם עלייתו הצטרף לארגון הצבאי הלאומי והקים יחד עם עוד שלושה סטודנטים מעבדה מחתרתית לחומרי מלחמה. ביוני 1939 נאסר לוין על ידי הבולשת הבריטית ונשפט במשפט צבאי ל-4 שנות מאסר עם עבודות פרך. ישב בבית הסוהר בירושלים, במחנה המעצר בעתלית, בכלא עכו ובמחנה המעצר מזרעה. עם שחרורו מהכלא בשנת 1942 שב לפעילות באצ"ל.
בעזרתו של יהודה לייב מאגנס, נשיא האוניברסיטה העברית, המשיך את לימודיו באוניברסיטה, קיבל תואר מוסמך בכימיה ב-1945 ותואר דוקטור ב-1947. בשנה זו הצטרף לחיל המדע (חמ"ד) של ארגון ההגנה, והמשיך בצה"ל. שירת בצה"ל עד 1950, ובמסגרת זו השתתף בהקמת מחלקת המחקר של חיל האוויר שזה עתה הוקם, וניהל את המעבדות לבדיקות דלק ואריגים.
ב-1950 הצטרף לפרופ' שמואל סמבורסקי בהקמתה ובארגונה של המועצה המדעית לישראל במשרד ראש הממשלה. במסגרת זו עסק בתכנון המחקר המדעי בשטחים המרכזיים והחשובים למדינת ישראל וכן התחיל במחקרים בתחום הפולימרים הטבעיים כגון סיבים המצויים בצמחיית הארץ, היכולים לשמש כחומרי גלם מתחדשים למפעלי תעשייה חדשים. לוין יזם מחקר מקיף של חומרי הגלם לתעשייה מן הצומח שכלל את המחקר הכימי והטכנולוגי של עצי היער הגדלים בישראל, את צמחי הבר שבערבה ואת הפסולת החקלאית. לוין יזם את חידוש הגידול של צמח הפשתן בארץ כמקור להפקת סיבי הפשתן. כתוצאה ממחקרים שביצע בשיתוף עם החוקר החקלאי פרופ' מנחם פלאוט, שכללו את שיטות הגידול החקלאי של הפשתן ואת שיטות עיבודו להפקת הסיבים והשבחתם, יזם לוין את הקמתה של חברת "הפשתן", שבה השתתפו "המשביר המרכזי" ותעשייני טקסטיל. בהתבסס על 20,000 דונם שדות פשתן באזור הדרום כגידול בעל, הוקם מפעל להפקת הסיבים באזור באר טוביה במקום בו נמצאת היום קריית מלאכי. הייצור במפעל נמשך עד סוף שנות ה-60.
על מנת למצוא בסיס כלכלי להתיישבות יהודית באזור הערבה, שבו נמצאו ריכוזי מי תהום מלוחים בלבד, יזם לוין סקר נרחב של צמחי הבר הגדלים בערבה על מקורות מים אלה, ומבין הצמחים שנחקרו התבלט צמח הסמר (Juncus). במחקר הכימי והטכנולוגי של הצמח התגלה כי סיבי הסמר הם בעלי תכונות מיוחדות המתאימות לייצור ניירות משובחים.
כתוצאה מהמחקר הוקמה חברת "צמחי המדבר" על ידי משקיעים מארצות הברית. החברה הקימה מטע של 300 דונם שהושקו במי תהום מלוחים באזור יטבתה, בקרבת הגבול עם ירדן. המחקר הכימי של עצי היער שבוצע על ידי לוין ועוזריו בפעם הראשונה בארץ כלל את האקליפטוס רוסטרטה, אורן ירושלים, האשל, הצפצפה ועוד. המחקר עסק בהרכב הכימי של העצים, בתכונות הטכנולוגיות של הסיבים, בתהליכי הפקתם, ובהתאמתם לייצור סוגים שונים של נייר. מחקר אחר שנוהל על ידי לוין עסק בכימיה ובשימושים של שיחי הגומא שגדלו בביצת החולה לפני ייבושהּ וכתוצאה עובדה שיטה תעשייתית לייצור לוחות בידוד מהגומא. מחקר נוסף שנוהל על ידי לוין בוצע על שימושים תעשייתיים של צמחי האגבה שניטעו בשנות ה-60 על שטחים נרחבים בדרום הארץ על ידי הקרן הקיימת לישראל. במחקר זה פותחו שיטות להפקת חומרים כימיים שונים מן הפסולת שנשארה אחרי הפקת סיבי הסיזאל, בהם ההקוגנין המשמש כחומר מוצא לייצור תרופות סטרואידיות.
בשנת 1951 הקים לוין את האיגוד לחקר טקסטיל בשיתוף עם התעשיינים לשם ביצוע פעולות מחקר לפיתוח התעשייה בארץ. היה זה איגוד המחקר הראשון ולאחריו קמו איגודים דומים בשטחי תעשייה אחרים.
בשנת 1953 יזם את הקמת "המכון לסיבים ומוצרי יער" (ששמו הוסב לאחר מכן ל-"המכון הישראלי לסיבים"), וניהל אותו עד שנת 1986. המכון התקיים עד 1998. במכון פעלו מחלקות אחדות ובוצעו בו מחקרים בתחומי הפולימרים, הסיבים הטבעיים והסינתטיים, הנדסה מכנית, כימיה של תהליכי אשפרת אריגים ושל תוספים כימיים לשימוש תעשייתי, דטרגנטים וניקוי, פיזיקה של סיבים ואריגים, שימושי סיבים ברפואה וביוטכנולוגיה, עמידות ביולוגית של מוצרים סיביים, חיסון פולימרים ואריגים נגד אש, ועוד. תפקיד מרכזי של המכון היה סיוע לתעשיית הטקסטיל ותעשיות קלות נוספות שהיו בראשיתן וסבלו ממחסור בידע ובבעלי מקצוע. הסיוע התבטא בייעוץ טכנולוגי, פתרון בעיות ייצור, בדיקות איכות המוצרים והכנת תקנים. למרות ההשקעות הנרחבות של ממשלת ישראל בהקמתם של מפעלי טקסטיל, בלט המחסור בחינוך מקצועי, במומחים, ובתשתית טכנולוגית. לוין נרתם לפתרון הבעיה ועיבד תוכניות מפורטות לחינוך של מומחים לתעשייה ברמה גבוהה. בהתאם לכך יזם לוין ב-1968 את התקשרות המכון עם האוניברסיטה העברית בהסכם אפילייציה. תוכניות לימודים שלאחר התואר הראשון שכללו לימודי דיפלומה (שנה אחת) וכן לימודי מוסמך וד"ר ושבוצעו במעבדות המכון היוו חוג לימודים לכימיה של פולימרים וטקסטיל באוניברסיטה העברית. חוג זה, שלוין עמד בראשו, היה מן הראשונים בעולם בתחום. למעלה מ-150 בוגרי החוג נקלטו במפעלים רבים בארץ בשטחי תעשייה שונים וסייעו רבות בפיתוחם. החוג לכימיה של פולימרים וטקסטיל פעל עד שנות ה-90. לוין לימד קורסים של תואר שני ומעלה באוניברסיטה העברית בנושאים של כימיה וכימיה פיזיקלית של פולימרים וסיבים, ותהליכי ייצור כימיים, וכן הנחה עבודות מוסמך ודוקטור רבות.
תוצאות המחקרים הועברו לארגון המזון והחקלאות וכן לארגון לסיוע טכני של האו"ם. בשנים 1956–1968 לוין שיתף פעולה עם גופים אלה ואף התמנה ליו"ר קבוצת מומחים בנושא עץ ופלסטיקה. לוין השתתף בדיונים על פיתוח מקורות אנרגיה מתחדשים מעץ ומחומרי פסולת חקלאית. בשנות ה-80 שימש כיועץ לממשלת ברזיל בנושא פיתוח האתנול כדלק למכוניות במקום הבנזין. כמו כן תכנן הקמת מכון טכנולוגי בסלבדור-בהייה בצפון מזרח ברזיל.
מבין המחקרים הרבים שניהל לוין בשנות עבודתו כמנהל המכון הישראלי לסיבים נמנים מחקרי הברום, המחקרים שטיפלו בבעיות מבנה הכימי ומורפולוגי של צלולוזה, פוליאסטר, פוליאמיד, פוליולפינים, שינוי המבנה הגבישי של פולימרים, חימצון, הלבנה ובליית פולימרים, מחקרים לחיסון אש של פולימרים ועוד.
מקום מרכזי בפעילותו של לוין תפסו מחקרי הברום. המחקרים כוונו לגילוי ופיתוח שימושים חדשים לברום הנמצא בכמויות גדולות במי ים המלח והפקתו יחסית קלה. המחקרים כללו בנוסף לכימיה הבסיסית של התרכובות השונות של ברום, שימושים תעשייתיים חדשים שאיפשרו להרחיב את הייצור והשיווק של הברום וכך לתרום לכלכלת המדינה. במסגרת מחקרים אלו פותחה טכנולוגיה חדשה של הלבנת אריגים בתעשיית הטקסטיל וכן להלבנת תאית (pulp) לייצור נייר וקרטון. טכנולוגיה מרכזית אחרת כללה את השימוש בברום ותרכובותיו לחיסון חומרים פולימריים דליקיים בפני אש. לוין היה בין הראשונים בעולם בפיתוח טכנולוגיה זו והמצאתו לחיסון נגד אש של עץ ומוצריו על ידי הכנסת הברום לתוך המבנה הכימי של העץ זכתה לפרסום רב בעולם. הטכנולוגיה של השימוש בברום ותרכובותיו לחיסון בפני אש של פולימרים פותחה במשך השנים ומוצרי ברום למטרה זו הגיעו לייצוא שנתי של מאות מיליוני דולרים. שימושים אחרים של ברום שנחקרו על ידי לוין וקבוצתו עסקו גם בשימושים בשדה הרפואה והביוטכנולוגיה.
לוין שימש פרופסור אורח במספר אוניברסיטאות, בהן באוניברסיטת קרוליינה הצפונית בצ'אפל היל (1974, 1977), באוניברסיטת קיוטו ביפן (1978, 1983), ובאוניברסיטה הפוליטכנית בברוקלין, ניו-יורק (1982–1985), כיום המכון הפוליטכני של אוניברסיטת ניו יורק. לוין הרצה מאות הרצאות מוזמנות באוניברסיטאות, מכוני מחקר ציבוריים ותעשייתיים, ובכינוסים מדעיים בינלאומיים בארצות רבות. כמו כן שימש כמנהל המחקר של חברת הענק J.P. Stevens בניו ג'רזי בשנת השבתון שלו, 1969-1970.
בשנים 1974–1989 שימש לוין חבר בוועדת המחקר של לשכת המדען הראשי שיזמה ומימנה את יצירת תעשיית הטכנולוגיה העילית בישראל וכן שימש כחבר במועצה הטכנולוגית של מדינת ישראל. לוין שימש גם נציג לאומי בוועדה למאקרו מולקולות של האגודה הבינלאומית לכימיה טהורה ושימושית (IUPAC).
עם צאתו לגמלאות ב-1986 הוזמן לוין על ידי פרופ' הרמן מרק לשמש פרופסור למחקר במכון הטכנולוגי של אוניברסיטת ניו יורק. מאז בילה לוין חלק מזמנו בארצות הברית. ב-1987 לוין ארגן ושימש כיושב ראש של הכינוס הבינלאומי הראשון על "פולימרים וטכנולוגיות מתקדמות" שהתקיים בירושלים. בהמשך לכינוס זה ייסד לוין ב-1990 את הירחון המדעי "פולימרים לטכנולוגיות מתקדמות" (Polymers for Advanced Technologies) המתפרסם על ידי מו"לות Wiley שהוא כיום אחד הירחונים החשובים ביותר בתחום הפולימרים. בהתבסס על הירחון הפעיל לוין שורת סימפוזיונים בינלאומיים שנערכו אחת לשנתיים במקומות שונים בעולם. כינוסים אלו, בהם לוין שימש כיו"ר, יו"ר-עמית או יו"ר כבוד, זוכים לפרסום רב ובכל אחד מהם משתתפים מאות רבות של מדענים מכל העולם.