Leonardo nasceu em 15 de abril de 1452, na vila de Vinci, perto de Florença. Filho ilegítimo de Piero da Vinci, escrivão do vilarejo, sempre foi muito apegado ao pai e à mãe, Caterina.
Desde pequeno Leonardo manifestou seus muitos talentos: excelente esportista, ótimo nadador e cavaleiro, engenhoso, artesão e mecânico, o desenho e a pintura também o atraíam.
Em 1470, Piero da Vinci levou alguns desenhos de seu filho para o artista Andrea del Verrocchio, célebre professor. Del Verrocchio, percebendo o talento de Leonardo, recebeu-o em sua casa como aprendiz, até 1477. Com ele, Leonardo aprendeu as técnicas da pintura e escultura, bem como de ferreiro e mecânico.
Os seguintes passos da sua vida não podem ser estabelecidos com muita precisão. Sabe-se que ele, após deixar o estúdio de Verrocchio, permaneceu vários anos em Florença. Como protegido de um Médici: Lourenço, o Magnífico.
Após Lourenço rejeitar seu projeto para canalização do rio Arno, Leonardo muda-se para Milão, onde Ludovico Sforza, o Mouro, tinha se firmado no poder. Leonardo escreveu-lhe uma carta de apresentação na qual ele colocava "os seus segredos" à sua disposição em tempos de guerra e paz. Dizia-se capaz de construir pontes portáteis para perseguir o inimigo, cavar túneis por baixo de rios e destruir fortalezas. Afirmava Ter inventado uma carreta blindada e um navio à prova de bombas, também tinha planos para a construção de uma estranha arma submarina de defesa e ataque. Além de proclamar-se capaz de realizar obras de pintura e escultura à altura de qualquer artista importante da época.
Ludovido mandou chamar o audacioso jovem e pôde verificar, assombrado, a universalidade de seus conhecimentos. Leonardo não exagerara em sua apresentação, aliando uma personalidade fascinante à suas capacidades de escultor, pintor, arquiteto, engenheiro, músico, anatomista, naturalista, matemático, inventor, astrônomo e filósofo.
Alguns biógrafos afirmam que Ludovido acolheu Leonardo devido a um projeto para o erguimento de uma estátua em homenagem a seu pai, Francesco Sforza. Outros argumentam que foram os dotes musicais de Leonardo que impressionaram o duque de sobremaneira.
Foi em Milão que Leonardo pintou a "Última Ceia", considerada por muitos sua obra prima. Conta-se, sobre esta obra, que o prior do convento de Santa Maria delle Grazie, onde a obra estava sendo realizada, impaciente com a demora, foi reclamar ao duque Ludovico, que chamou Leonardo para explicações. Entre outros motivos, Leonardo deu como causa para a demora a dificuldade em encontrar um modelo para Judas, propôs, então, que como não houvesse outro recurso, utilizasse o prior como modelo. Leonardo pôde terminar seu trabalho sossegado.
Em 1499, quando Milão foi conquistada por Luís XII, Leonardo abandonou a cidade e permaneceu por um breve tempo em Mântua, protegido pela duquesa Isabella Gonzaga. Foi à Veneza, e ali residiu até abril de 1500, quando Ludovico foi definitivamente derrotado e preso. Leonardo desistiu de voltar à Milão e seguiu à Florença. Só voltaria àquela cidade em 1506, a convite de Charles d’Ambrosie, marechal de Chaumont e braço direito do Rei da França na Lombardia. Em setembro do ano seguinte, porém, regressou à Florença para cuidar da divisão dos bens de seu pai, que falecera sem deixar testamento. Lá ele permaneceu até 1511, período no qual fez amizade com Francesco Melzi, a quem confiaria seus manuscritos ao morrer.
Em 1512, Leonardo transferiu-se para Roma, aonde havia intenso movimento cultural e contava com a admiração do Papa Leão X, um Médici recém-eleito. Embora aparentemente favorável, o ambiente da cidade revelou-se adverso a Leonardo, tanto por suas experiências científicas mal interpretadas, como pela presença de uma geração mais jovem de artistas (Michelangelo e Rafael) que conquistava a preferência dos nobres. Não hesitou, portanto, em aceitar o convite de Francisco I, sucessor de Luís XII no trono da França, para morar em Cloux, perto de Ambrosie, no castelo com que o soberano o presenteara.
Na França, Leonardo viveu seus últimos dias, morrendo a 2 de maio de 1519, após receber os sacramentos da Igreja, e, ao que se conta, nos braços do rei Francisco I.
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