Leonardo da Vinci wurde geboren in Vinci bei Anchiano, einem kleinen Ort ca. 30 km von Florenz, am 15. April 1452 als unehelicher Sohn des Notars Piero und der Magd Caterina. Zeitweise wurde er bei seinen Großeltern aufgezogen. Sein voller Name war Leonardo di ser Piero da Vinci (Leonardo des Herrn Piero von Vinci). Als uneheliches Kind verwendete er selbst nur seinen Vornamen, auch bein Signieren seiner Werke, und seine uneheliche Geburt verhinderte eine vollwertige Schulausbildung. Dies führte den von Natur aus höchst neugierigen Leonardo dazu, sein stetig wachsendes Wissen - bis auf die malerischen Fertigkeiten - weitgehend autodidaktisch anzureichern.
Sein Vater erkannte früh das Talent zur Bildenden Kunst und schickte ihn 1468 in die Werkstatt von Andrea di Michele Cione mit Künstlernamen Andrea del Verrocchio, dem in dieser Zeit bedeutendsten Florentiner Bildhauer und Maler, wo auch Sandro Botticelli gelernt hat. Dort erlangte der Lehrling sehr schnell fortgeschrittene Fertigkeiten und übernahm bald einen großen Teil der malerischen Aufgaben.
Um 1477 verließ Leonardo, nachdem er sich bereits einen Namen als Maler gemacht hatte, die Werkstatt Verrocchios und erlangte weitere Aufträge, unter anderem den zum Altar der Kapelle San Bernando im Palazzo Vecchico von Florenz und zur "Anbetung der Könige" des Klosters San Donato. In dieser Zeit fand er auch die Unterstützung des Florentiner Stadtherren Lorenzo de Medici.
Alsbald begründeten sein Werke einen Ruhm, der weit über Florenz hinaus reichte. So folgte Leonardo 1487 dem Ruf an den Hof von Ludovico Sforza, dem Regenten und späteren Herzog von Mailand, dem er sich auch als Ingenieur für Kriegswaffen und Festungstechnik anbot. Dessen Auftrag, die Errichtung eines Monuments in Form einer überdimensionalen Reiterstatue beschäftigte Leonardo neben seinen vielfältigen Werken über viele Jahre. Während er bereits ein Modell fertiggestellt und sich in die Technik des Bronzegusses vertieft hatte, wurden große Mengen des Werkstoffes beschafft.
Die Bronze wurde allerdings angesichts des Kriegs mit Frankreich zu Kanonen verarbeitet, und so kam das Denkmal nie zur Produktion. Zu dieser Zeit fertigte Leonardo auch die beiden Fassungen der "Madonna in der Felsengrotte" und sein zur damaligen Zeit wohl bedeutendstes Werk, das Abendmahl. In Mailand freundete er sich mit dem Mathematiker Luca Pacioli, der erstmals die heute übliche doppelte Buchführung beschrieb. Der lehrte Leonardo Grundlagen der Mathematik, der sich mit Illustrationen für Paciolis Werk "Divina proportione" (Göttliche Proportionen) revanchierte.
Aufgrund der politischen Umwälzungen durch den Einmarsch der Truppen des französischen Königs Ludwigs XII. in Mailand siedelte sich Leonardo um 1500 in Florenz an. Dort war er unter anderem mit dem Wandbild der Anghiarischlacht im Ratssaal des Palazzo Vecchio beschäftigt, das in Konkurrenz zu einem gegenüberliegenden Bild von Michelangelo stand, jedoch unvollendet blieb und nicht mehr erhalten ist.
Nachdem Leonardo da Vinci im Jahre 1503 kurzzeitig in den Dienst Cesare Borgias als Militär-Ingenieur getreten war und Norditalien bereist hatte, folgte er 1506 dem Ruf des französischen Befehlshabers Marschall Charles d'Amboise und ging wieder ins inzwischen von Frankreich besetzte Mailand, wo er seine Tätigkeit als Hofmaler und Ingenieur für Ludwig XII. aufnahm. Diese wurde allerdings immer wieder durch persönliche Erbstreitigkeiten nach dem Tod seines Vaters in Florenz unterbrochen.
Nach dem erneuten Wechsel der Herrschaft in Mailand fand Lenoardo 1513 bei Papst Leo X. in Rom eine neue Anstellung. Er begann das Gemälde "Johannes, der Täufer" und intensivierte seine anatomischen Studien, wurde dabei jedoch durch einen Spitzel des Vatikan behindert.
Nach dem Tod Ludwigs XII. traf Leonardo Franz I., den neuen König von Frankreich. Dieser war vom Künstler derart angetan, dass er ihm eine Heimstatt in Frankreich anbot. Leonardo siedelte ins Schloss Cloux bei Amboise über, dessen Besitz ihm zusammen mit einer üppigen Pension übertragen wurde. Dort lebte, arbeitete und forschte er bis zu seinem Tode.