Nació en las afueras de Florencia, en la pequeña localidad de Anchiano en 1452, aunque para otros nació en Vinci, de ahí su "apellido", antes de que se adoptaran las convenciones de nombres actualmente vigentes en Europa, por lo que a su nombre de pila se añadió el de su padre (Ser Piero) y la localidad de nacimiento siendo entonces "Leonardo di Ser Piero da Vinci". Sin embargo, Leonardo acostumbraba firmar sus trabajos como Leonardo o Io, Leonardo), es decir, sin emplear el nombre de su padre, lo que induce a pensar que era hijo ilegítimo. Desde niño mostró aptitudes para las artes plásticas, principalmente el dibujo. Poseía una gran capacidad de observación lo que le valió no sólo a su obra artística sino también a otros temas que estudió como la física (principalmente la mecánica) la música o el naturalismo (ahora biología), un gran realismo y naturalidad.

Leonardo creció con su padre en Florencia. Desde temprana edad se destacó en la pintura, la geometría, la mecánica y la música. Por diversas constancias documentales, podemos afirmar que llegó a preconcebir el avión, el carro de combate, el esnórquel de buceo, el paracaídas y un artefacto parecido al helicóptero. Además hizo certeras observaciones sobre diversos restos de fósiles. A lo largo de su vida, Leonardo se mantuvo como vegetariano por razones éticas. Sus primeros bocetos eran de tal calidad que tan pronto como su padre los mostró al pintor Andrea del Verrocchio este tomó al joven de catorce años como aprendiz. Posteriormente Leonardo montó su propio taller como pintor independiente en Florencia.

Leonardo mantuvo su vida privada particularmente en reserva, yendo al extremo de escribir sus diarios utilizando una forma de encriptación básica (escribiendo especularmente, de manera que había que utilizar un espejo para poder leer sus escritos al derecho), no constituyendo ello un código propiamente tal, pero que bastaba para dificultar suficientemente la lectura de sus escritos. Afirmaba también tener una falta de interés en la relaciones físicas involucradas en la procreación humana. Estos comentarios de Leonardo fueron interpretados por Freud como indicativos de una libido homosexual, la cual era sublimada a través de su investigación científica y de su expresión artística. Ciertamente Leonardo se rodeó de jóvenes atractivos durante su vida y permitió que su arte reflejara una apreciación de la belleza masculina. Sus relaciones con jóvenes, la ausencia de relaciones duraderas con mujeres así como registros históricos, han llevado a concluir a algunos historiadores que Leonardo tenía un fuerte interés erótico, enfocado casi exclusivamente hacia lo masculino.

Para otros historiadores, en realidad, el arte de Leonardo refleja la búsqueda incensante del andrógino, concepto que va más allá de la sexualidad, del hombre y la mujer y que engloba ambos en un ente único autosuficiente, perfecto y superior. De ahí que en sus estudios y pinturas tienda a homologar los rasgos femeninos con los masculinos dando lugar a mujeres parecidas a mancebos y hombres de rasgos femeninos. El mismo Leonardo ya en su juventud encontraba desagradables las relaciones sexuales de cualquier tipo, decía que en ellas el ser humano perdía su dignidad, por lo que la belleza para Leonardo se limitaba a la cuestión estética de la pose o la imagen que pudiera proyectar una persona. Este ha sido un punto sumamente polémico que ha dado lugar a muchísimas interpretaciones, pero hay que estudiar el pensamiento reinante en la italia del siglo XV y el contexto ideológico y cultural de Leonardo para entender su punto de vista.

Entre 1482 y 1499 trabajó para el duque de Milán Ludovico Sforza y mantuvo su propio taller, en el que trabajaban varios aprendices. El duque se maravilló de todos los conocimientos que dominaba Leonardo: pintura, dibujo, mecánica, ingeniería militar y ciencias naturales. Podía hacer esculturas en mármol, bronce o terracota. También pequeños cañones (bombardas), trazar caminos y construir pontones. En unas de sus obras utilizó setenta toneladas de bronce que habían sido reunidos para la realización de la estatua de un enorme caballo de bronce, pero se fundieron para fabricar cañones para el Duque en un intento de salvar Milán de los franceses bajo el reinado de Carlos VIII de Francia en 1495./b>

En 1506 Leonardo se encuentra con el Conde Francesco Melzi, de quince años, hijo de un aristócrata de Lombardía y que poseía una gran apostura. Luego de tempestuosas escenas de celos, Salai acepta un nuevo arreglo en su relación con Leonardo, y los tres llevan a cabo varias giras a través de Italia. Aunque Salai fue siempre presentado como su discípulo, jamás produjo la más mínima obra. Melzi, de todos modos, se convirtió en su discípulo y compañero de toda la vida. Leonardo permaneció en Milán por un tiempo, hasta que una mañana se encontró con que arqueros franceses estaban usando su modelo de arcilla a escala real del caballo como blanco de práctica para el tiro. Abandonó entonces Milán, junto a Salai y su amigo Luca Pacioli (que era inventor y contador), yendo a Mantua, mudándose de nuevo a los dos meses hacia Venecia y volviendo a Florencia a finales de abril del 1500.

Desde 1513 a 1516 vivió en Roma, donde en ese momento trabajaban pintores como Rafael y Miguel Ángel; no tuvo sin embargo mucho contacto con estos artistas. De todas maneras se cree que la presencia de Leonardo fue de importancia capital para el cambio de sitio del "David", la obra maestra de Miguel Angel, quien al parecer estaba disgustado por ello. En 1518, Salai abandonó a Leonardo y retornó a Milán, donde más adelante perecería en un duelo. El rey llegó a convertirse en un amigo cercano del artista. Falleció una semana antes de su 67 cumpleaños, en Cloux, Francia, en 1519 en los brazos del Rey Francisco I. De acuerdo a sus deseos, 60 mendigos siguieron su ataud. Fue enterrado en la capilla de Saint-Hubert en el Castillo de Amboise. Melzi su principal heredero y albacea, pero Salai no fue olvidado: recibió la mitad del viñedo de Leonardo.