Om Léonins liv ved man absolut intet. Hans navn er nævnt i en afhandling, som i virkeligheden er klasse-notater fra forelæsninger, som en anonym engelsk studerende deltog i ved universitetet i Paris omkring et århundrede senere, i 1270’erne. I denne afhandling forbindes Léonin med Paris og roses som den bedste komponist af organa (to-stemmige sætninger af solistiske dele af messesange og de daglige bønner).

Léonin komponerede tydeligvis sine organa til Notre Dame-katedralen, hvis nuværende storslåede stenbygning i hovedsagen opstod mellem 1163 og 1208. Det er blevet foreslået, at han først var kordreng og senere blev kordrengenes mester. Dette ville forklare det diminutiv Léo, som han var kendt under, og også hvorfor hans navn mangler på den bevarede liste over de højere embedsmænd i katedralen.

Léonins værker kan kaldes den vestlige kunstmusiks vugge. Hans organa er arrangeret for to vokallinjer. Den ene er sangmelodien, cantus firmus, som enten er lagt ud i noter af udefineret længde eller, i nogle afsnit, i en sekvens af bestemte toneværdier; den anden er en nykomponeret melodisk descant, en rytmisk kontrolleret koloratur af stor opfindsomhed, som er koordineret med cantus firmus. Selv om organa havde eksisteret i nogen tid før Léonin, var adskillelsen af disse to stilarter, det “rene organum” – med lange sangtoner – og det, der dengang blev kaldt “discant”, hvor begge stemmer har en streng rytme, hans skabelse. Det samme gælder den notation, han brugte til at symbolisere denne rytme, den “modale notation”, som dannede grundlaget for den musikalske notation, som vi kender den. Desuden udgør hans værker det første omfattende repertoire af liturgisk polyfoni, som med indstillinger til omkring 100 gregorianske sange til alle de store højtider i kirkeåret forblev i brug i mere end to århundreder og spredte sig til alle vestlige lande. Dette repertoire udgjorde det, som den anonyme engelske studerende kaldte Magnus liber organi (den store bog om organa); det blev en meget efterlignet model.

Léonin skabte også en anden art af polyfonisk musik, conductus, en processionssang. Monofoniske conducti samt sporadiske tostemmige indsættelser havde eksisteret før Léonin, men han etablerede den polyfone art solidt. Conducti er latinske sange, der dækker et bredt spektrum af indhold – religiøse, politiske, lyriske og hyggelige – og som undertiden høres i kirken og undertiden ved opførelser af liturgiske dramaer, processioner, banketter og private lejligheder. De poetiske tekster er strofeformede, i streng rytme og synges mere eller mindre med en tone for hver stavelse, hvor begge stemmer bevæger sig i stort set samme rytme, selv om der ved vers og strofernes afslutninger og begyndelser ofte synges kadencelleagtige duetpassager med mange toner for en enkelt stavelse.