Gimė kinematografininkų šeimoje. Tėvas Vinčencas Leonė filmus režisavo Roberto Roberčio slapyvardžiu, motina Biče Valerian – aktorė.

Nuo penkto dešimtmečio pabaigoje dirbo italų (V. De Sikos, M. Soldati) ir Italijoje tuo metu dirbusių JAV režisierių (F. Zinemano, R. Viso) asistentu, taip pat sukūrė epizodinių vaidmenų, kino scenarijų. Septinto dešimtmečio pradžioje režisavo istorijos nuotykių filmų.

Išgarsėjo vadinamąja „spagečių“ vesternų trilogija „Už saują dolerių“ (Per un pugno di dollari 1964 m., režisierius A. Kurosavos filmo „Asmens sargybinis“ perdirbinys), „Keliais doleriais daugiau“ (Per qualche dollaro inpiu 1965 m.), „Geras, blogas ir bjaurus“ (Il buono, il brutlo, il cattivo 1966 m.), kuri atnaujino vesterno žanrą; filmuose paneigiamas amerikietiškų vesternų sąlygiškumas, savitai transformuojami amerikiniai mitai, būdinga niūri nuotaika, mistikos elementai, daugiareikšmės pauzės, stambus planas, choreografiški prievartos epizodai. Vadinamąją amerikietiškąją trilogiją sudaro vesternai „Kartą Laukiniuose Vakaruose“ (Cera una volta il West 1968 m.), „Sauja dinamito“ (Giu’latesta 1971 m.) ir gangsterių filmas „Kartą Amerikoje“ (Once Upon a Time in America 1984 m.), kuris apdovanotas 11 premijų ir sulaukė dar 5 nominacijų kino festivaliuose. Prie jo filmų raiškumo daug prisidėjo kompozitorius Enio Morikonės muzika. Prodiusavo kitų režisierių filmų. Kartais dirbo Bobo Robertsono slapyvardžiu.