En ausencia de documentos sobre su formación se puede suponer que, como clérigo veronés, habría asistido a la prestigiosa Scuola degli Accoliti, Verona. En lo que respecta a su formación musical, es el mismo L. quien afirma haber sido alumno de Sebastiano Torsi, llamado Pigna, músico muy apreciado en el antorno de los nobles veroneses. En 1586 compuso los coros para la tragedia "Tamar", realizada en el Teatro Olímpico, Vicenza (la música está perdida). El libreto de "Tamar", de tema bíblico, representada en Vicenza en 1586 con los coros puestos en música por L., da testimonio de su presencia en Vicenza en ese año y posiblemente ya en 1585, cuando en esa ciudad bullían los preparativos para el pomposo recital de "Edipo tiranno", con los coros con música de Andrea Gabrieli, que inauguraría el teatro de los Académicos Olímpicos (3 de marzo de 1585).

Frontispicio de "Il Trionfo di Dori", con una obra de Leone Leoni

Es probable que haya sido el mecenas veronés Mario Bevilacqua, quien se servía de esta joven promesa de las ejecuciones musicales en su reducto, para presentarlo a los responsables de la música de la Academia Olímpica, de la que era miembro, para que pudiera ser tomado entre los quince del coro. Angelo Ingegneri, que había participado activamente en la fase de puesta en escena del "Edipo", preveía que el coro se compusiera de quince personas de edad avanzada 'y venerable presencia': en verdad, de acuerdo con la carta-informe de Antonio Riccoboni testigo ocular, estaba formado por niños y mujeres jóvenes. Su presencia activa en la representación del "Edipo" justificaría el posterior debut musical de L., que no ocurrió en el campo del madrigal o del motete, sino en un género totalmente nuevo como la composición de los coros para una tragedia.

El 30 de abril de 1588 L. pidió al capítulo y al obispo ser investido de la capellanía de San Giacomo en la catedral y, obtenida la idoneidad, recibió el beneficio en el día de la asignación de las órdenes de lector y de exorcista, llevado a cabo en Vicenza el 26 de junio de 1588. El 29 de junio se le invistió como acólito, y el mismo día fue nombrado maestro di cappella de la Catedral de Vicenza; el 4 octubre se le otorgó formalmente un sueldo de 4 ducados. Permaneció en este puesto hasta su muerte, a pesar de algunos esfuerzos por encontrar empleo en otra parte. Para recibir las órdenes menores L. se había presentado con las cartas "dimisorias" autorizadas el 24 de mayo de 1587 por el vicario del obispo de Verona Pietro Stridonio.

Su ordenación sacerdotal, que debería haber tenido lugar en 1588 en la ciudad natal, no puede ser documentada, ya que los registros de las ordenaciones hasta 1604 se perdieron con el aluvión de 1882. Además del puesto de maestro di cappella, el joven L. trabajó intensamente en la prestigiosa Academia Olímpica. En 1590 se unió a la Hermandad del Amor Divino creada por Gaetano Thiene.

Durante un largo servicio realizado al frente de la capilla de la catedral hubo malentendidos y decepciones en las relaciones con el capítulo de Vicenza. El 6 de julio de 1593, dirigiendo una súplica a los cánones, reclamaba aumentos salariales nunca recibidos y su descontento se demuestra por el deseo expresado en las dedicatorias de sus composiciones, de abandonar Vicenza para un alojamiento más importante. En 1604 solicitó y no obtuvo la investidura de los beneficios de la capilla de San Pedro en la catedral. Por estas razones, tal vez, no dedicó ninguna publicación a las autoridades eclesiásticas de Vicenza, prefiriendo los laicos locales con los que estaba sin duda en relaciones más gratificantes, o altos prelados como el príncipe-obispo de Salzburgo, el de Trento y el obispo de Verona.

En 1606 sufrió una excomunión por no haber observado el entredicho de Pablo V contra la Serenissima, por cuanto continuó, al igual que otros sacerdotes de la catedral, celebrando la misa; el sábado 28 de abril de 1607 se dirigió a Venecia para ser absuelto.

Edición discográfica de una obra de Leone Leoni

En 1610, con las generosas ofrendas de los fieles reunidas en la Cuaresma predicada por Fray Fedele da San Germano, se constituyó en Vicenza la Pia Opera dell'Incoronata, con el fin de cantar la letanía de la Virgen María en todos los sábados del año y en las fiestas dedicadas a ella; los recursos financieros permitieron la creación de una capilla musical, que fue confiada a la dirección de Leoni. Gracias a la Pia Opera en la catedral se experimentó la nueva música, compuesta por L. y otros músicos que trabajaban en la ciudad, para voces solistas, coro, instrumentos de cuerda y de viento, y órgano.

L. murió en Vicenza y fue enterrado, como era su deseo, en el piso de la catedral a la cabeza de la escala del coro. En su testamento había nombrado sus herederos universales a los cánones y mansionarios de la catedral los cuales, después de hacer el inventario de los bienes, renunciaron a la herencia.

La copiosa actividad compositiva puede dividirse en dos periodos artísticos bien distintos: la producción secular, que se extiende desde 1586 hasta 1602 (218 madrigales y 4 canciones), y la sagrada, 1606-1622 (142 entre motetes, salmos y cosecha) , compuesta de acuerdo con el nuevo estilo.

La recepción de la música de L. se evidencia por las numerosas reimpresiones de sus composiciones tanto sacras como profanas y la presencia insistente de sus motetes policorales en las laboriosas colecciones publicadas entre 1605 y 1643 en Copenhague, Estrasburgo, Núremberg, Mónaco, Leipzig, Ingolstadt, Trier y Dresde. Casi un siglo después de su muerte Giuseppe Ottavio Pitoni en su Guía armónica insertó como "Essempio del Secondo Stile num. 4" algunas medidas del motete "Vide Domine" a 8 voces de L.; este es el último rastro dejado por el músico antes de desaparecer de los repertorios musicales.

En la producción madrigalística, que caracteriza su primer período artístico, L. se demuestra compositor de alta escuela, especialmente atento a la relación texto-música, e incluso si no se advierte una directa implicación en la atmósfera innovadora de la cercana Venecia, se nota en algunos madrigales una búsqueda de nuevos medios de expresión que se aplicarán a la música sacra. Algunos de los dispositivos expresivos modernos con que experimentó en sus madrigales encontraron después su estilo en sus obras sacras. Véase, por ejemplo, "Vorei, vorei scoprire" del cuarto libro, un madrigal de estructura atípica donde la parte del canto [cantus] obstinadamente repite el último verso "ma non lo posso dire", que se contrapone en un divertido diálogo a las otras voces que exponen el texto poético completo.

El segundo período está dedicado exclusivamente a la música sacra y se caracteriza por el cambio completo de estilo que le llevó a dar el salto con el fin de unir a los compositores más representativos de la nueva música y ser citado, junto con Claudio Monteverdi, Carlo Gesualdo da Venosa y Ludovico de Viadana en los 'ejemplos modernos aplicados a las palabras vulgares, y latinas' que Adriano Banchieri insertó en la "Cartella musicale" (1613). Incluso Athanasius Kircher en su "Musurgia universalis" (1650) ilustrando la figura retórica del "Antitheton, sive Contrapositum", toma como ejemplo un motete de L., "Ego dormio, et cor meum vigilat".

Es en la producción sacra que L. contribuyó de manera incisiva al desarrollo de las formas musicales. Con los motetes de la "Aurea corona" (declarado como escrito ‘en alabanza de la Más Santa Incoronata de Vicenza') alcanza la cúspide de su producción artística; es, sin duda considerada la antología más interesante por la variedad de voces e instrumentos utilizados y por las radicales innovaciones estilísticas y estructurales introducidas, por otra parte ya encontradas en los dos primeros libros de motetes. Los motetes hacen uso del estilo concertante, en el que las partes instrumentales están concebidas autónomamente y no como simples paralelos de las líneas vocales. Estas piezas se caracterizan por alternaciones entre las secciones solas y el tutti: el primero frecuentemente virtuosístico, el último corto y a menudo homorrítmico.

En cuanto a la investigación sobre las fuentes de los textos poéticos de los madrigales y canciones, se ha investigado sobre la producción de autores locales, considerando que un madrigal suyo inserto en la antología "Il trionfo di Dori" utiliza un texto de la vicentina Maddalena Campiglia, pero sin resultados significativos. L. puso en música poemas de Pomponio Montenaro di Verona y de Valerio Belli di Vicenza y de otros autores, cuyas rimas fueron publicadas en Venecia, Padua y Ferrara, ciudad que tenía estrechos vínculos con Vicenza.

Puede calibrarse la popularidad de su motetes para pocas voces por la frecuencia con que fueron reeditados, tanto en Italia como al norte de los Alpes; la antología de Schadaeus "Promptuarii musici" (1611, 1612, 1613) contiene nada menos que 16 de sus motetes y la serie del mismo título de Donfridi (1622, 1623, 1627) incluye diez.