Os pais de L. S. B. Leakey eram missionários britânicos que se estabeleceram em Kabete, Quénia, perto de Nairobi, em 1901. Leakey nasceu em 7 de agosto de 1903, em Kabete, onde formou amizades para toda a vida com rapazes da tribo Kikuyu, com os quais cresceu. Ele é provavelmente o único homem branco a ter sido iniciado da juventude à masculinidade em uma cerimônia Kikuyu.
Após a Primeira Guerra Mundial, Leakey foi brevemente à escola no Weymouth College, Dorset, Inglaterra, e em 1922 ele entrou no St. John’s College, Universidade de Cambridge. Em 1923 organizou uma expedição do Museu Britânico para procurar dinossauros no sul de Tanganica.
Em 1926, após se qualificar em antropologia em Cambridge, Leakey organizou e liderou quatro expedições arqueológicas da África Oriental. Durante a terceira expedição, em 1931, após algumas descobertas muito importantes das primeiras ferramentas de pedra conhecidas (naquela época) em Olduvai, Leakey descobriu fósseis de restos humanos em Kanam e Kanjera, no Quénia. Suas afirmações sobre esses fósseis, que incluíam a idéia de que o Homo sapiens vivia na África Oriental no final do Pleistoceno Médio, foram contestadas por muitos de seus colegas, e foi somente em 1969 que as afirmações receberam aceitação oficial.
Em 1937 Leakey deixou temporariamente de estudar a pré-história para passar 3 anos trabalhando em uma monografia da tribo Kikuyu. Durante a Segunda Guerra Mundial (1939-1945) ele serviu como oficial encarregado da inteligência civil em Nairobi.
Leakey sempre apoiou fortemente a teoria de Charles Darwin de que tanto o homem como os grandes símios eram originários do continente africano. Durante 40 anos ele e as suas equipas escavaram pacientemente no local pré-histórico do desfiladeiro Olduvai, na planície oriental do Serengeti, na Tanzânia. Em 1959 em Olduvai foi descoberto um crânio hominídeo fóssil em Olduvai, ao qual ele deu o nome de Zinjanthropus . Em 1960 foram descobertos fragmentos fósseis ainda mais importantes. Estes e um crânio encontrado em 1962 em Olduvai foram feitos os tipos de uma nova espécie de homem, Homo habilis. Em 1962 Leakey também descobriu um crânio do tipo Homo erectus, anteriormente conhecido apenas na China e Java. Outros locais escavados por Leakey incluem os locais do baixo Mioceno na Ilha Rusinga e Songhor, que produziram restos de protoman datados de 20 milhões de anos atrás, e o local em Fort Ternan, onde o pithecus wickeri do Quênia foi descoberto. Este hominídeo viveu há cerca de 12 milhões de anos.
Em 1964 Leakey organizou uma equipa nos Estados Unidos para escavar perto das Montanhas Calico, no sul da Califórnia. Ele e sua equipe descobriram evidências de que o homem viveu na América há mais de 50.000 anos.
As publicações de Leakey incluem Nova Classificação de Arco e Flecha na África; As Culturas da Idade da Pedra no Quênia; Os Antepassados de Adam; As Raças da Idade da Pedra no Quênia; A Idade da Pedra na África; Os Contrastes e Problemas do Quênia; A Contribuição para o Estudo da Cultura Tumbiana no Quênia (com W. E. Owen); Estudo Tentativo da Sequência Pleistocena e Culturas da Idade da Pedra de N. E. Angola; Mau Mau e Kikuyu; Derrotando Mau Mau Mau; A Hominoidea Miocena da África Oriental (com Le Gros Clark); Os Suidae Fósseis Pleistocenos da África Oriental; Primeiras Lições em Kikuyu; Olduvai Gorge, vol. 1, 1951-1961; Animais da África Oriental; e Unveiling Man’s Origins (com Vanne Goodall).
Em 1 de outubro de 1972, Leakey morreu em Londres.