Старший брат Степана Степановича Леонова 2-го, родился на Дону в 1824 г. в казачьей семье, воспитанник школы гвардейских подпрапорщиков и кавалерийских юнкеров. В 1842 г. был произведён в корнеты и поступил в лейб-гвардии Гродненский гусарский полк. Командированный в 1845 г. на Кавказ, Леонов принял участие в делах с горцами и был награждён золотой саблей с надписью «За храбрость», в 1860 г. произведён в полковники. В 1863 г. принял участие в усмирении польского мятежа и отличился в бою при Игнацове, за что был удостоен ордена св. Владимира 4-й степени. В 1865 г. Леонов был назначен командиром Переяславского драгунского полка; затем с 1870 г. командовал лейб-гвардии Драгунским полком и в том же году, произведённый в генерал-майоры, был назначен командиром 2-й бригады 2-й гвардейской кавалерийской дивизии, с которой и выступил на театр войны с Турцией в 1877 г. и находился в составе Рущукского отряда.
18 августа, когда турки открыли наступательные действия по всей линии Рущукского отряда, Леонов с одним пехотным полком 12 часов держался у дер. Карахасатия против втрое превосходящих сил неприятеля; деревня шесть раз переходила из рук в руки.
26 октября он прославился лихим налетом на г. Брацы и занятием его. Не раненый ни в одном деле, несмотря на свою выдающуюся храбрость, он скончался скоропостижно 30 ноября 1877 г.
В городе Враца есть бюст-памятник генерала Леонова. Каждый год в День освобождения Болгарии от османского ига признательная Болгария торжественно отмечаеть память героя и всем воинам-освободителям, павшим в Русско-турецкой войне (1877-1878).
