Over het leven van Léonin is absoluut niets bekend. Zijn naam wordt genoemd in een verhandeling, eigenlijk aantekeningen van colleges die een anonieme Engelse student volgde aan de universiteit van Parijs, ongeveer een eeuw later, in de jaren 1270. In dit traktaat wordt Léonin in verband gebracht met Parijs en geprezen als de beste componist van organa (tweestemmige zettingen van solistische gedeelten van gezangen van de mis en de dagelijkse gebedsuren).

Léonin componeerde zijn organa klaarblijkelijk voor de Notre Dame kathedraal, waarvan het huidige prachtige stenen bouwwerk voornamelijk tussen 1163 en 1208 verrees. Er is gesuggereerd dat hij eerst een koorknaap was en later de meester van de koorknapen werd. Dit zou het verkleinwoord Léo verklaren waaronder hij bekend stond en ook de afwezigheid van zijn naam in de bewaard gebleven lijst van de hogere officieren van de kathedraal.

Léonins werken kunnen de bakermat van de westerse kunstmuziek worden genoemd. Zijn organa zijn gearrangeerd voor twee vocale lijnen. De ene is de gezongen melodie, de cantus firmus, in noten van onbepaalde lengte of, in sommige delen, in een opeenvolging van bepaalde notenwaarden; de andere is een nieuw gecomponeerde melodische descant, een ritmisch gecontroleerde coloratuur van grote vindingrijkheid, gecoördineerd met de cantus firmus. Hoewel organa al enige tijd voor Léonin bestond, was de scheiding tussen deze twee stijlen, het “zuivere organum” – met lange gezangen – en wat toen “discant” werd genoemd, waar beide stemmen een strikt ritme hebben, zijn schepping. Dat gold ook voor de notatie die hij gebruikte om dit ritme te symboliseren, de “modale notatie”, die de basis legde voor de muzieknotatie zoals wij die kennen. Bovendien vormen zijn werken het eerste uitgebreide repertoire van liturgische polyfonie, dat, met zettingen voor ongeveer 100 gregoriaanse gezangen voor alle grote feesten van het kerkelijk jaar, gedurende meer dan twee eeuwen in gebruik bleef en zich verspreidde over alle westerse landen. Dit repertoire vormde wat de anonieme Engelse student het Magnus liber organi (Grote Boek van Organa) noemde; het werd een wijd geïmiteerd model.

Léonin creëerde ook een tweede soort polyfone muziek, de conductus, een processielied. Monofone conducti en sporadische tweestemmige zettingen bestonden al vóór Léonin, maar hij vestigde de polyfone soort stevig in de markt. Conducti zijn Latijnse liederen, met een breed scala aan inhoud – religieus, politiek, lyrisch, gezellig – soms te horen in de kerk en soms bij uitvoeringen van liturgische drama’s, processies, banketten en privé-gelegenheden. De poëtische teksten zijn stanza’s, in strikt ritme, en worden min of meer gezongen met één noot per lettergreep, waarbij beide stemmen in wezen hetzelfde ritme bewegen, hoewel aan het eind en het begin van coupletten en stanza’s vaak cadenzalachtige duetpassages van vele noten op één lettergreep worden gezongen.