Леонид Леонов родился в Москве. Его отец, поэт-«суриковец» Максим Леонович Леонов, был выходцем из деревни Полухино Тарусского уезда Калужской губернии. Максим Леонович создал в Москве книжное издательство и в 1905 году открыл книжный магазин «Искра» на Тверском бульваре. За торговлю литературой революционного содержания его 17 раз привлекали к судебной ответственности, он находился в Таганской тюрьме (1908) и был сослан в Архангельск. В Архангельске он создал типографию и выпускал газету «Северное утро», за что также неоднократно подвергался арестам, уже со стороны большевиков. Скончался в 1929 году.
В 1915 году в архангельской газете «Северное утро», где его отец был редактором, появились первые литературные опыты Леонида Леонова: стихи, театральные рецензии, очерки. В 1918 году Леонов с серебряной медалью окончил 3-ю Московскую гимназию.

В феврале 1919 года Леонов был призван на службу в белую Северную армию, юнкер Артиллерийской школы Северной области. Летом 1919 года окончил Артиллерийскую школу, стал прапорщиком и служил в белой Северной армии. Летом 1920 года добровольно вступил в ряды РККА и воевал на Южном фронте. Был секретарём редакции газеты Московского военного округа «Красный воин», где публиковал свои статьи под псевдонимами Лапоть и Максим Лаптев. Демобилизован в 1921 году.
Вернувшись в Москву, Леонов профессионально занялся писательской деятельностью. Максим Горький рекомендовал его как «очень талантливого, талантливого на всю жизнь и для больших дел». Виктор Шкловский отмечал, что Леонов в первых своих книгах хорошо имитировал Достоевского, что вызывало сомнения в его даровитости. В 1922-1923 годах были напечатаны его рассказы «Бурыга», «Туатмур», «Уход хама», «Халиль», а также повесть «Петушихинский пролом».
В 1927 году Леонов принял участие в коллективном романе «Большие пожары», публиковавшемся в журнале «Огонёк».
В 1923 году Леонов женился на Татьяне, дочери издателя Михаила Сабашникова. В июле 1923 года они обвенчались в церкви села Абрамцево. В 1928 году у них родилась первая дочь Елена, а через пару лет — Наталья.
В годы Великой Отечественной войны Леонов с другими писателями выехал в эвакуацию в Татарскую АССР, где проживал в Чистополе. Леонов передал присуждённую ему Сталинскую премию (100 000 рублей) в Фонд обороны.

Пьеса Леонова «Метель», начатая в июле 1939 года и законченная в апреле 1940 года, была сначала одобрена и поставлена в ряде провинциальных театров. В последний раз она была поставлена в Симферополе 8 сентября 1940 года. Однако затем пьеса была запрещена к постановке как «злостная клевета на советскую действительность». Постановления Политбюро ЦК ВКП(б) и СНК СССР от 16 и 18 сентября 1940 года соответственно осудили пьесу. После разгрома «Метели» Леонова вызвали к А. А. Жданову.
На заседании Президиума ЦК КПСС 18 октября 1962 года пьеса «Метель» была «реабилитирована». Однако новая премьера, назначенная на декабрь 1963 года, не состоялась. Премьера прошла только в 1967 году.
Леонов внёс вклад в Сталиниану, написав панегирик «Слово о первом депутате», где восхвалял Сталина: «подобно горному эхо, отзывается в веках имя Сталина».
Леонид Максимович Леонов был депутатом Верховного Совета СССР II—VIII созывов (1946—1970). В 1989 году он был кандидатом в народные депутаты СССР от СП СССР, но по собственному желанию отказался от участия в выборах. Считался одним из столпов социалистического реализма и регулярно получал правительственные награды, включая шесть орденов Ленина. Несмотря на многочисленные почести, после войны Леонов публиковался реже, чем в довоенный период. В этот период он писал свой длинный и сложный роман «Пирамида».
Леонов также занимался своей оранжереей в Переделкине, где выращивал цветущие кактусы. Корней Чуковский шутил, что, прогуливаясь по оранжерее Леонова, чувствовал себя как Дюймовочка, затерянная в тропических зарослях. Леонов был заместителем председателя Всероссийского общества озеленения и членом редакционных коллегий журналов «Роман-газета» и «Наука и жизнь». В 1990 году он подписал «Письмо 74-х». Леонов также поддерживал регулярное общение с Вангой.

Творчество
На протяжении жизни Леонов написал несколько романов, среди которых:
- «Барсуки» (1923—1924; эпилог к роману — 1993),
- «Вор» (1925—1927; новая редакция — 1959; окончательная редакция — 1994),
- «Соть» (1928—1929),
- «Скутаревский» (1931—1932),
- «Дорога на Океан» (1933—1935),
- «Русский лес» (1950—1953), один из первых советских романов, затронувших экологическую проблематику.
В 1927 году Леонов принял участие в коллективном романе «Большие пожары», публиковавшемся в журнале «Огонёк». Его повесть «Евгения Ивановна» о русской эмиграции (1938) не была допущена к печати и увидела свет в новой редакции лишь через 25 лет.
Роман «Пирамида» (1940—1994) — 1500-страничный философско-мистический роман, над которым Леонов работал более сорока лет. Завершенный роман был опубликован в год смерти автора (1994).
С начала 1930-х годов Леонов выступал также как драматург. Его пьесы включают:
- «Унтиловск» (1924—1925),
- «Волк» («Бегство Сандукова») (1938),
- «Нашествие» (1942),
- «Золотая карета» (1964),
- киноповесть «Бегство мистера Мак-Кинли» (1961, экранизирована 1975).
Леонов также написал мемуары «Литература и жизнь». В запрещённой пьесе «Метель» (1939) он затронул тему чекистских репрессий.
Очерки
Леонов писал и очерки. Его очерк «Твой брат Володя Куриленко» был впервые опубликован в журнале «Красноармеец» в 1942 году. Этот очерк был включён в сборник «Молодые герои Великой Отечественной войны», составителем которого являлся Василь Быков. В сборник также вошли произведения других советских писателей, таких как Фёдор Самохин («Кровью сердца»), Борис Лавренёв («Неукротимое сердце»), Геннадий Фиш («Карельские девушки») и другие.

Умер во сне 8 августа 1994 года, похоронен на Новодевичьем кладбище (участок № 10)