Era natural de Cartagena y pertenecía a una de las familias más importantes de la ciudad, integrada por un padre hispanorromano y una madre visigoda. Es hermano de otros tres santos: Isidoro, Fulgencio y Florentina.

La llegada de los bizantinos a la costa levantina (554) motivó el traslado de la familia a Sevilla. Será en esta ciudad donde Leandro complete su formación, posiblemente influida por la conversión de la madre al catolicismo.

La pérdida de los padres motivó que Leandro quedara como tutor de sus hermanos pequeños -entre ellos san Isidoro- . Cuando se vio libre del compromiso ingresó en un monasterio.

En el año 578 era nombrado obispo de Sevilla, participando activamente en la sublevación de Hermenegildo, hijo de Leovigildo. Se apunta la posibilidad de que san Leandro fuera el responsable de la conversión del joven visigodo al catolicismo. Hermenegildo envió a Leandro a Constantinopla para recabar apoyos para su causa, donde el obispo pasó tres años en la capital oriental.

Estableció una fructífera relación con san Gregorio Magno y redactó la "Expositio in Librum Job". A su regreso a tierras hispalenses sufrió la persecución del rey visigodo, por lo que fue desterrado durante algunos años. Durante el destierro dedicó la mayor parte de su tiempo a escribir obras contra la herejía arriana.

Regresó a Sevilla e instruyó religiosamente a Recaredo por instancias del propio Leovigildo, síntoma del cambio que se produce en los últimos años de su reinado. La conversión de Recaredo y el pueblo visigodo al catolicismo (586) fue celebrada por Leandro con la convocatoria del III Concilio de Toledo tres años después.

Como fundador de la escuela teológica sevillana, se interesó por la enseñanza oral, los escritos y la formación de los clérigos. Murió en 601, en Sevilla.