Los padres de L. S. B. Leakey eran misioneros británicos que se establecieron en Kabete, Kenia, cerca de Nairobi, en 1901. Leakey nació el 7 de agosto de 1903 en Kabete, donde trabó amistad durante toda su vida con los niños de la tribu kikuyu, con los que creció. Es probablemente el único hombre blanco que ha sido iniciado de joven a hombre en una ceremonia kikuyu.
Después de la Primera Guerra Mundial, Leakey fue brevemente a la escuela en el Weymouth College, Dorset, Inglaterra, y en 1922 ingresó en el St. John’s College de la Universidad de Cambridge. En 1923 organizó una expedición del Museo Británico para buscar dinosaurios en el sur de Tanganica.
En 1926, tras licenciarse en antropología en Cambridge, Leakey organizó y dirigió cuatro expediciones arqueológicas al este de África. Durante la tercera expedición, en 1931, después de algunos descubrimientos muy importantes de las primeras herramientas de piedra conocidas (en ese momento) en Olduvai, Leakey descubrió fósiles de restos humanos en Kanam y Kanjera, en Kenia. Sus afirmaciones sobre estos fósiles, que incluían la idea de que el Homo sapiens vivió en África oriental a finales del Pleistoceno medio, fueron rebatidas por muchos de sus colegas, y no fue hasta 1969 cuando las afirmaciones recibieron aceptación oficial.
En 1937 Leakey dejó temporalmente de estudiar prehistoria para dedicar 3 años a trabajar en una monografía de la tribu Kikuyu. Durante la Segunda Guerra Mundial (1939-1945) sirvió como oficial a cargo de la inteligencia civil en Nairobi.
Leakey siempre apoyó firmemente la teoría de Charles Darwin de que tanto el hombre como los grandes simios se originaron en el continente africano. Durante 40 años, él y sus equipos excavaron pacientemente en el yacimiento prehistórico de Olduvai Gorge, en las llanuras orientales del Serengueti, en Tanzania. En 1959 se descubrió en Olduvai un cráneo fósil de homínido al que llamó Zinjanthropus . En 1960 se descubrieron fragmentos fósiles aún más importantes. Estos y un cráneo encontrado en 1962 en Olduvai se convirtieron en los tipos de una nueva especie de hombre, el Homo habilis. En 1962 Leakey también descubrió un cráneo del tipo Homo erectus, conocido hasta entonces sólo en China y Java. Otros yacimientos excavados por Leakey son los del Mioceno inferior de la isla de Rusinga y de Songhor, que han proporcionado restos de protomanos de hace 20 millones de años, y el yacimiento de Fort Ternan, donde se descubrió el Kenya pithecus wickeri. Este homínido vivió hace unos 12 millones de años.
En 1964 Leakey organizó un equipo en Estados Unidos para excavar cerca de las montañas Calico, en el sur de California. Él y su equipo descubrieron pruebas de que el hombre vivió en América hace más de 50.000 años.
Las publicaciones de Leakey incluyen Nueva clasificación del arco y la flecha en África; Las culturas de la Edad de Piedra de Kenia; Los antepasados de Adán; Las razas de la Edad de Piedra de Kenia; África de la Edad de Piedra; Contrastes y problemas de Kenia; El África blanca; Una contribución al estudio de la cultura tumbiana en Kenia (con W. E. Owen); Tentative Study of the Pleistocene Sequence and Stone Age Cultures of N. E. Angola; Mau Mau and Kikuyu; Defeating Mau Mau; The Miocene Hominoidea of East Africa (con Le Gros Clark); The Pleistocene Fossil Suidae of East Africa; First Lessons in Kikuyu; Olduvai Gorge, vol. 1, 1951-1961; Animals of East Africa; y Unveiling Man’s Origins (con Vanne Goodall).
El 1 de octubre de 1972, Leakey falleció en Londres.