O Léoninově životě není známo vůbec nic. Jeho jméno je zmíněno v traktátu, vlastně třídních poznámkách pořízených na přednáškách, které navštěvoval anonymní anglický student na pařížské univerzitě asi o století později, v 70. letech 12. století. V tomto traktátu je Léonin spojován s Paříží a je chválen jako nejlepší skladatel organ (dvouhlasých úprav sólistických částí zpěvů mše a denních modlitebních hodin).

Léonin zřejmě komponoval své organy pro katedrálu Notre Dame, jejíž dnešní velkolepá kamenná stavba vyrostla převážně mezi lety 1163 a 1208. Předpokládá se, že byl nejprve chóristou a později se stal mistrem chóristů. To by vysvětlovalo zdrobnělinu Léo, pod kterou byl znám, a také absenci jeho jména v dochovaném seznamu vyšších úředníků katedrály.

Léoninovo dílo lze označit za kolébku západní umělecké hudby. Jeho varhany jsou upraveny pro dvě vokální linie. Jednu tvoří zpěvní melodie, cantus firmus, rozvržená buď do not neurčité délky, nebo v některých úsecích do sledu určitých notových hodnot; druhou je nově komponovaný melodický descant, rytmicky řízená koloratura velké vynalézavosti, koordinovaná s cantus firmus. Ačkoli organa existovala již nějakou dobu před Léoninem, oddělení těchto dvou stylů, „čistého organum“ – s dlouhými notami zpěvu – a toho, čemu se tehdy říkalo „discant“, kde mají oba hlasy přísný rytmus, bylo jeho dílem. Stejně tak notový zápis, který používal k symbolizování tohoto rytmu, „modální notace“, která položila základ hudební notace, jak ji známe. Jeho díla navíc tvoří první ucelený repertoár liturgické polyfonie, který se s úpravami asi 100 gregoriánských zpěvů pro všechny hlavní svátky církevního roku udržel v užívání více než dvě století a rozšířil se do všech západních zemí. Tento repertoár vytvořil to, co anonymní anglický student nazval Magnus liber organi (Velká kniha varhan); stal se hojně napodobovaným vzorem.

Léonin vytvořil také druhý druh polyfonní hudby, conductus, procesní píseň. Monofonní conducti i sporadické dvouhlasé úpravy existovaly již před Léoninem, ale on polyfonní druh pevně etabloval. Conducti jsou latinské písně, které zahrnují širokou škálu obsahů – náboženské, politické, lyrické, společenské – a které někdy zaznívají v kostele a někdy při představeních liturgických dramat, procesích, hostinách a soukromých příležitostech. Básnické texty jsou strofické, v přísném rytmu a zpívají se víceméně na jednu slabiku, přičemž oba hlasy se pohybují v podstatě ve stejném rytmu, i když na koncích a začátcích veršů a strof se často zpívají kadenční duetové pasáže o mnoha tónech na jednu slabiku.