L. S. B. Leakeys föräldrar var brittiska missionärer som bosatte sig i Kabete, Kenya, nära Nairobi, 1901. Leakey föddes den 7 augusti 1903 i Kabete, där han knöt livslånga vänskapsband med pojkar från Kikuyu-stammen, som han växte upp med. Han är förmodligen den enda vita man som har invigts från ungdom till manlighet i en Kikuyu-ceremoni.
Efter första världskriget gick Leakey kortvarigt i skolan vid Weymouth College i Dorset, England, och 1922 gick han in på St John’s College vid Cambridge University. År 1923 organiserade han en expedition från British Museum för att leta efter dinosaurier i södra Tanganyika.
1926, efter att ha tagit examen i antropologi i Cambridge, organiserade och ledde Leakey fyra östafrikanska arkeologiska expeditioner. Under den tredje expeditionen 1931, efter några mycket viktiga upptäckter av de tidigaste kända (vid den tiden) stenverktygen i Olduvai, upptäckte Leakey fossil av mänskliga kvarlevor i Kanam och Kanjera i Kenya. Hans påståenden om dessa fossil, som bland annat innebar att Homo sapiens levde i Östafrika i slutet av den mellersta pleistocänen, bestreds av många av hans kollegor, och det var först 1969 som påståendena fick ett officiellt godkännande.
1937 slutade Leakey tillfälligt att studera förhistoria för att under tre år arbeta på en monografi om Kikuyu-stammen. Under andra världskriget (1939-1945) tjänstgjorde han som ansvarig officer för den civila underrättelsetjänsten i Nairobi.
Leakey har alltid starkt stött Charles Darwins teori om att både människan och människoaporna har sitt ursprung på den afrikanska kontinenten. I 40 år grävde han och hans team tålmodigt på den förhistoriska platsen Olduvai Gorge på den östra Serengeti-slätten i Tanzania. År 1959 upptäcktes ett fossilt hominidkranium i Olduvai, som han gav namnet Zinjanthropus . År 1960 upptäcktes ännu viktigare fossila fragment. Dessa och ett kranium som hittades 1962 i Olduvai blev typerna för en ny människoart, Homo habilis. 1962 upptäckte Leakey också ett kranium av typen Homo erectus, som tidigare endast var känd i Kina och på Java. Andra platser som Leakey grävt ut är bland annat platserna i nedre miocen på Rusinga Island och Songhor, som har gett rester av protomaner från 20 miljoner år tillbaka i tiden, och platsen vid Fort Ternan, där Kenya pithecus wickeri upptäcktes. Denna hominid levde för cirka 12 miljoner år sedan.
År 1964 organiserade Leakey ett team i USA för att göra utgrävningar nära Calico Mountains i södra Kalifornien. Han och hans team upptäckte bevis för att människan levde i Amerika för mer än 50 000 år sedan.
Leakeys publikationer inkluderar New Classification of Bow and Arrow in Africa; The Stone Age Cultures of Kenya; Adam’s Ancestors; The Stone Age Races of Kenya; Stone Age Africa; Kenya Contrasts and Problems; White African; A Contribution to the Study of the Tumbian Culture in Kenya (med 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 (med Le Gros Clark); The Pleistocene Fossil Suidae of East Africa; First Lessons in Kikuyu; Olduvai Gorge, vol. 1, 1951-1961; Animals of East Africa; och Unveiling Man’s Origins (tillsammans med Vanne Goodall).
Den 1 oktober 1972 avled Leakey i London.