Сын поэта и журналиста из круга т. н. новокрестьянских поэтов М. Л. Леонова. Воспитывался в религиозно-патриархальной семье деда.
В 1915 году в Архангельской газете «Северное утро», где был редактором его отец, появились первые печатные опыты Леонида: стихи, театральные рецензии, очерки. В 1918 окончил 3-ю Московскую гимназию. Учился в 1 Моск.…
университете, но курса не окончил.
С 1920 г. – в Красной армии (преимущественно работал во фронтовых газетах); демобилизовавшись в 1921, вернулся в Москву и профессионально занялся писательской деятельностью.
В 1922 опубликовал прозаическую сказку «Бурыга», затем первую книгу рассказов (1923) и повести «Петушихинский пролом» (1923), «Конец мелкого человека» (1924). В 1924 вышел первый роман Л. «Барсуки» — крупное эпическое полотно, изображавшее предреволюционное московское мещанство и драматические эпизоды революционной борьбы в деревне. Глубокое знание старорусского бытового уклада дало возможность Л. создать яркие образы деревенских искателей правды, показать характеры городских торговцев и ремесленников. Пафос романа — в раскрытии неизбежности победы социалистических сил в деревне. Реализм и мастерство автора «Барсуков» были высоко оценены М. Горьким и А. В. Луначарским. В философском романе «Вор» (1927), написанном на материале наблюдений над социальным дном нэповского города, в повестях «Провинциальная история» и «Белая ночь» (обе — 1928), в «Необыкновенных рассказах о мужиках» (1928), в пьесах «Унтиловск» (1928) и «Усмирение Бададошкина» (1929) были продолжены и развиты антимещанские мотивы «Барсуков». Одновременно, в 1928—29, Л. начал работу над романом «Соть» (1930) — одним из первых в советской литературе произведений о трудовом героизме народа, строящего социализм, о превращении глухих окраин России в индустриально развитые районы. Главный герой романа — коммунист Увадьев, энергичный организатор строительства. В романах Л. «Скутаревский» (1932) и «Дорога на океан» (1935) большое место занимает художественное исследование идейной и психологической перестройки старой интеллигенции, принявшей участие в революционном преобразовании страны, изображение острой идеологической и классовой борьбы в её среде. В «Дороге на океан» ведущую роль играет образ коммуниста — организатора, философа и мечтателя, отдающего жизнь строительству коммунистического будущего.
В конце 30 — начале 40-х гг. Л. выступает в основном как драматург: пьесы «Половчанские сады», «Волк» (обе — 1938), «Метель» (1939), «Обыкновенный человек» (1941). Первым откликом Л. на Великую Отечественную войну 1941—45 явилась пьеса «Нашествие» (1942; Государственная премия СССР, 1943), за которой последовали пьеса «Лёнушка» (1943) и повесть «Взятие Великошумска» (1944). Широкое звучание в военные годы приобрела патриотическая публицистика Л. После окончания войны писатель приступил к созданию романа «Русский лес» (1953; Ленинская пр., 1957) — крупнейшего своего произведения, посвященного борьбе советских людей с фашизмом и сложным нравственным проблемам современности. Многолетняя история борьбы в русской науке о лесе, рассказ о двух типах учёных становится в многоплановом повествовании «Русского леса» страстной исповедью писателя, выражением его главных жизненных и творческих идей, где первое место занимает идея действенного и ответственного патриотизма, основанного на глубоком проникновении в дух национальной культуры и подкрепленного практическим участием в народной жизни. Здесь находят завершение долгие поиски Л. новой формы романа, сочетающей реалистическую достоверность и точность психологических мотивировок с эпической обобщенностью картин народной жизни и глубоким лиризмом повествовательного стиля. В «Русском лесе» особенно очевидно органическое соединение традиционности леоновского изображения, тесно связанного с реализмом и гуманизмом русской классической литературы, с оригинальным использованием художественного опыта 20 века. Особенно важное место в образной системе романа занимают реалистические символы и ёмкие метафоры.
Во 2-й половине 50 — начале 60-х гг. Л. возвратился к старым замыслам, создал новые варианты пьесы «Золотая карета» (1946, 2-я редакция 1955, 3-я — 1964), в 1952 — новое, коренным образом переработанное издание романа «Вор», в 1963 — новую редакцию пьесы «Метель» и в 1964 — «Нашествия». Л. доработал написанную в 1938 повесть о русской эмиграции «Evgenia lvanovna» (1963). С темами антивоенной публицистики Л. связан его сатирический кинопамфлет «Бегство мистера Мак-Кинли» (1961).
В 1972 г. Леонов был избран действительным членом АН СССР.
В 1990 году подписал антиперестроечное "Письмо писателей России".
В 1994 выходит в свет последний роман писателя «Пирамида», над которым он работал с н. 40-х, так и не доведя его до конца и издав незаконченным. Этот роман подводит итоги и собственному творчеству Леонова, и всей реалистической литературе XX в. В нем с особой отчетливостью проявилось стремление Леонова совместить в своем творчестве научную картину мира с теологической, воссоздать путь развития цивилизации, объяснить суть исторических катаклизмов в России, «где во всевозможных рассечениях представлена человеческая душа». Роман овеян трагическими предчувствиями, эсхатологическими настроениями, ощущением тревоги и грусти. Он сложен для восприятия, ибо в нем много сюжетных линий, героев, принадлежащих как к миру реальности, так и инфернальной действительности, много непростых ассоциаций, специальной (научной, мистической, богословской) терминологии. Роман отмечен временными смещениями, сложными диалогами персонажей, философскими размышлениями о прошлом и будущем человечества.
Умер 8 августа 1994 года в возрасте 95 лет в Москве. Похоронен на Новодевичьем кладбище в Москве.
