Родился 8 (21) ноября 1916 года в городе Зарайске (по другим данным — в деревне Протекино под Зарайском[2]) Рязанской губернии в семье рабочего. Русский. В 1931 году окончил школу-семилетку в Зарайске. С 1931 по 1933 годы учился в школе фабрично-заводского ученичества при Московском заводе «Калибр», по окончании которой трудился слесарем-лекальщиком на этом же заводе. Совмещал работу с общественной деятельностью: член заводского комитета ВЛКСМ, председатель цехового комитета изобретателей, руководитель молодёжной бригады[3].

В Военно-Морском флоте СССР с 1937 года. Прошёл курс обучения в Учебном отряде подводного плавания имени С. М. Кирова в Ленинграде, и был направлен для дальнейшего прохождения службы на Северный флот. Служил мотористом на подводной лодке Щ-402. В период советско-финской войны 1939—1940 годов совершил на этом корабле 2 боевых похода на патрулирование у побережья Норвегии между Вардё и мысом Нордкин, встреч с противником в которых лодка не имела[4]. В феврале 1940 года по болезни был списан на берег, назначен слесарем на плавучую мастерскую по ремонту подводных лодок Учебного отряда подводного плавания (Ленинград)

С началом Великой Отечественной войны краснофлотец Леонов обратился с рапортом о зачислении его в 4-й добровольческий отряд Северного флота. Вскоре он был переведён в формирующийся 181-й отдельный разведывательный отряд Северного флота, в составе которого с 18 июля1941 года провёл около 50 боевых операций в тылу противника. Член ВКП(б)/КПСС с 1942 года. Стал командиром отделения в отряде, с декабря 1942 года — заместитель командира отряда по политической части. С декабря 1943 года — командир 181-го особого разведывательного отряда Северного флота. Участвовал в десятках разведвысадок и походов по немецким тылам в Заполярье, во многих разведывательно-диверсионных операциях. Во время десантной операции в Мотовском заливе 17—18 сентября 1942 года при попытке уничтожения немецкого опорного пункта на мысе Могильный оказался во главе группы из 15 бойцов отрезан от главных сил, под его командованием группа сутки вела тяжелый бой до прибытия следующей ночью катеров для её эвакуации.

Указом Президиума Верховного Совета СССР от 14 сентября 1945 года старший лейтенант Леонов был удостоен второй медали «Золотая Звезда».

После войны продолжил военную службу, командуя тем же разведотрядом Тихоокеанского флота до своего направления на учёбу в феврале 1946 года. В 1950 году окончил параллельные классы Каспийского высшего военно-морского училища им. С. М. Кирова. С ноября 1950 года — офицер учебной инспекции, с августа 1951 — старший офицер направления 3-го управления 2-го Главного управления Морского генерального штаба. Капитан 2-го ранга (1952). В апреле-декабре 1953 года служил старшим офицером направления 2-го отдела Главного штаба ВМФ. В декабре 1953 года направлен на учебу в Военно-морскую академию имени К. Е. Ворошилова, два курса которой окончил[8]. При сокращении Вооружённых Сил в июле 1956 года был уволен в запас.

Жил в Москве. С 1957 года работал инженером в НИИ нефтяного машиностроения. В 1987 году вышел на пенсию. Также активно работал во Всесоюзном обществе «Знание» и в научной секции Центрального дома Советской армии, был руководителем бригады лекторов Московского военного округа[9].

Скончался 7 октября 2003 года. Похоронен на Леоновском кладбище Москвы.