A Florència entrà al taller d’A. Verrocchio (1469), on aviat excel·lí amb la seva participació quasi total en el Baptisme de Crist i en L’Anunciació (1474; ambdues a la Galleria degli Uffizi, Florència). Des del 1478 treballà en importants encàrrecs: Retrat de Ginebra dei Benci (1478-79; National Gallery, Washington), Adoració dels reis, inacabat (1481; Galleria degli Uffizi), Sant Jeroni (1482; Pinacoteca Vaticana, Roma), obres on Leonardo plasmà els seus estudis sobre els efectes de llum i manifestà una tendència vers les fantasies nòrdiques mitjançant una invenció seva: el sfumato o fusió de la llum i l’ombra en tons de color molt difusos. El 1480 anà a Milà, i es posà al servei de Lluís I de Milà. Allí féu projectes per al cimbori de la catedral i estudis per a introduir modificacions en la catedral de Pavia (1490), i decorà amb temes vegetals i entrellaçats els Camerini, la Saletta Nera i la Sala delle Asse (1495-99), al castell dels Sforza. La producció pictòrica més important de l’etapa milanesa és el Retrat de Cecilia Gallerani (col·lecció Czartoryski del Muzeum Narodowe de Cracòvia), La mare de Déu de les roques (1483-93; Musée du Louvre, París; el 1506 en féu una rèplica, avui a la National Gallery, Londres) i la Santa cena per al refectori del convent de Santa Maria delle Grazie (1499). Com a escultor, Lluís I li encarregà una estàtua colossal de bronze del seu pare Francesco Sforza, la qual, tot i que Leonardo hi treballà molt temps, mai no arribà a fondre's. En ésser ocupat Milà pels francesos (1499), inicià un període errabund: anà a Màntua, on féu el retrat d'Isabella d’Este (Musée du Louvre), a Venècia i a Florència, on fins el 1506 treballà en el fresc de la Batalla d’Anghiari per al Palazzo Vecchio, del qual resten dibuixos preparatoris i la cèlebre còpia de P.P.Rubens (Musée du Louvre), féu el cartó per a la Santa Anna (1501; Royal Academy of Art, Londres) i pintà La Gioconda (iniciada el 1503; Musée du Louvre); és també d’aquesta època Leda i el cigne (col·l. Gallotti Spiridon, Roma), obra que hom coneix a través de còpies i que es convertí en el principal model de la composició serpentinata, regla que restà com a mòdul preeminent en la pintura durant el segle XVI. Novament a Milà, es consagrà especialment al monument a Trivulcio, condottiere de Lluís XII de França. A Roma inicià el seu Trattato della pittura, que no fou publicat fins el 1561. Anà a Le Clos-Lucé, cridat per Francesc I de França, on morí; allí la seva activitat havia estat d’ordre especulatiu i científic.
Les contribucions a la ciència i a la tècnica de Leonardo da Vinci
Com a matemàtic, s’interessà especialment pels problemes que podia resoldre amb mètodes geomètrics, descoberts quasi sempre per camins empírics. Coneixedor indirecte de l’obra d’Arquimedes, descobrí la manera de trobar el centre de gravetat de la piràmide i les transformacions recíproques de cossos sòlids. El seu tractat De ludo geometrico restà inacabat. Com a astrònom afeccionat, la seva concepció cosmològica anunciava la de Copèrnic ("il Sole non si muove", havia escrit), però no acceptava totalment l’heliocentrisme. Escriví molt sobre mecànica, que considerava una ciència aplicada i no pas pura teoria. Acceptà les nocions fonamentals de l’estàtica aristotèlica i basà la seva dinàmica sobre el concepte medieval de l'impetus. Estudià el moviment dels projectils, la caiguda dels sòlids i el xoc o percussió entre ells, i enuncià el principi de l’acció i la reacció. Fou un dels creadors de la hidrodinàmica. Molt interessat per l’òptica, s’equivocà en la fisiologia de la visió (creia que el fenomen bàsic tenia lloc al cristal·lí i no pas a la retina), però precisà encertadament l’acció de les lents esfèriques. Féu una explicació dinàmica del relleu terrestre, considerant l’erosió pluvial i eòlica i la sedimentació. S'interessà pels fòssils, que cercava i col·leccionava amb delit, com també per tota classe de restes d’animals, que utilitzà en estudis d’anatomia comparada. El seu interès bàsic per l’anatomia humana l’induí a practicar moltes disseccions, i amb els croquis obtinguts volia il·lustrar un monumental tractat d’anatomia humana, que també restà incomplet i inèdit. Reeixí, però, en altres projectes científics d’utilitat més immediata: construcció de màquines de guerra i d’aparells destinats a la investigació, com higròmetres, anemòmetres, etc. Intentà de volar, però no ho aconseguí, per manca de força impulsora. El recull i la transcripció de les notes manuscrites que Leonardo dedicà als temes científics no foren fets fins al s. XIX; actualment existeixen edicions acurades dels primitius “Quaderns”, com és ara l’anglesa de McCurdy (The Notebooks of Leonardo da Vinci), la italiana d’Uccelli (Léonard de Vinci et l’expérience scientifique au XVI siècle), etc. Tant aquests dos historiadors com d’altres de contemporanis rectifiquen la imatge donada per Duhem al començament del s. XX (Études sur Leónard de Vinci), segons la qual Leonardo, perfecte coneixedor dels autors clàssics i medievals, era el compendi vivent de tota la ciència coneguda al seu temps. Avui sembla demostrar que tenia un gran talent, però que era, en definitiva, el que llavors en deien un "uomo senza lettere".