1974년 11월 11일 미국 캘리포니아 LA에서 태어난 레오나르도 디카프리오는 어머니가 독일인, 아버지가 이탈리아인이라고 한다. 그를 임신한 어머니가 파리의 루브르박물관에서 '레오나르도 다빈치'의 그림을 감상하고 있을때, 태동을 느꼈다고 하여 '레오나르도'라는 이름을 가지게 되었다. 학창시절, 그는 학교를 싫어해 시간 때우기식으로 간신히 학교를 다녔고, 오히려 친구들을 즐겁게 해주는데 더 관심이 많은 문제아였다.
14세 때 CF로 등장하여 TV 드라마 <산타바바라>, <러시>, <그로잉 펜즈>에 출연했다. 14세였던 91년 <크리터스 3>에 출연함으로써 영화계에 정식 데뷔한다. 그러나 이 데뷔작은 그의 경력에 그리 도움이 되지 못했고 그를 무명에서 벗어나게 하는데 도움을 준 것은 92년에 '루크'로 출연한 TV시리즈 였다.
이후 그는 <이 소년의 삶>에 로버트 드니로와 함께 출연하게 되는데, 이 영화에서 그는 로버트 드니로의 명성에 조금도 기죽지 않고 반항적인 아들 역을 훌륭히 소화해낸다. <이 소년의 삶>으로 레오나르도 디카프리오는 세계 비평협회의 최우수 조연상 수상자로, 시카고 영화 평론협회에서 가장 촉망받는 배우로 선정되었으며, LA영화평론회에서의 신세대부분에서는 두 번이나 수상하였다.
이어 그는 <길버트 그레이프>에서 조니 뎁의 정신박약아 동생 '어니'역을 맡게 되어 아카데미상과 골든 글로브상에 노미네이트되었다. <마빈스 룸>에서는 충동적인 하이틴으로 등장하였고, <토탈 이클립스>에서는 동성애를 즐기는 시인 랭보를 연기해내었다. 짐 캐롤의 <바스켓볼 다이어리>에서의 빛나는 열연으로 비평가들의 찬사를 받았다. 1996년에 출연한 <로미오와 줄리엣>으로 그는 베니스영화제 남우주연상 수상과 동시에 헐리웃 최고의 인기배우로 자리잡게 되며, 그 다음해에 출연한 <타이타닉>을 통해 톱스타로서의 입지를 굳히게 된다. <타이타닉>은 아카데미상 11개 부문을 휩쓸었고, 지금까지 영화사상 최고 흥행기록작으로 남아있다.
하지만 인기에 연연하지 않고 그는 계속해서 자신만의 소신있는 작품선택을 이어나간다. 스티븐 스필버그의 <캐치 미 이프 유 캔>에서는 사기꾼으로, 마틴 스콜세지 감독의 <갱스 오브 뉴욕>에서는 복수를 다짐하는 열혈 청년으로, <에비에이터>에서는 대담하고도 섬세하게 하워드 휴즈라는 인물을 재현하는 등 선 굵은 모습들을 보여주었다. 2004년 마틴 스콜세지 감독의 <에비에이터>로는 아카데미 후보에 오르고 골든글로브상, 비평가 초이스상을 수상했으며 영화배우 길드상 후보에 올랐다. 2004년 할리우드 영화제에서 '올해의 배우'로 선정된바 있다. 그리고 2007년에도 <디파티드>와 <블러드 다이아몬드> 두 작품으로 골든글로브 최우수 연기상 후보에 올랐다.