Nato a Tirrenia, l'attuale Toscana, intorno alla fine del quarto secolo, san Leone fu inizialmente un arcidiacono della Chiesa romana. Dopo la morte nel 440 del santo Papa Sisto III, in ragione delle sue illustri qualità, della purezza e integrità di vita, fu eletto al soglio di Pietro. Nel 451, in occasione della convocazione del quarto Concilio Ecumenico di Calcedonia, non potendo prendervi parte direttamente per via delle aggressioni barbare, ispirato dallo Spirito Santo, scrisse una lettera con la quale sostenne la doppia natura nell'unica persona di Cristo e in questo modo combatté l'eresia di Eutiche; le posizioni di san Leone furono accolte dai santi Padri conciliari come dottrina ortodossa.

Non si hanno notizie certe sugli ultimi anni della sua vita anche se si tramanda che condusse una vita santa e una morte in pace.