Urodzony w Rzymie, syn Radoalda, był z pochodzenia Longobardem[1]. Był pierwszym papieżem który położył datę na dokumentach oficjalnych. Przed wyborem na Stolicę Piotrową był benedyktynem[2].
Podczas jego pontyfikatu starał się naprawić szkody wyrządzone przez Saracenów, którzy w czasie panowania jego poprzednika dokonali wielu zniszczeń w mieście, zwłaszcza kościołów świętych Piotra i Pawła[1]. Umocnił mury oddzielające Watykan od reszty Rzymu, zbudował mury na prawym brzegu Tybru osłaniające bazylikę św. Piotra, a następnie poświęcił je uroczyście 27 czerwca 852 roku (umocnienia zostały nazwane „Miastem Leona”)[1]. W 849 roku zebrał flotę morską i pokonał Saracenów w bitwie pod Ostią, a uciekinierom z Korsyki udzielił schronienia w Porto, z którego uczynił garnizon[1].
Na Wielkanoc 850 roku namaścił nowego cesarza Franków, Ludwika II, który przebywał w Rzymie ze względu na odbywający się synod[1]. Na synodach Leon wykazywał się niezależnością od cesarza, co objawiało się m.in. odwołaniem ówczesnego kardynała Anastazego (późniejszego antypapieża), a także potępieniem arcybiskupów Hinkmara (z Reims) i Jana (z Rawenny)[1]. Papież odmówił także cesarzowi mianowania Hinkmara wikariuszem apostolskim oraz anulował uchwały synodu z Soissons z 853 roku (o nieważności święceń udzielonych przez Ebbona)[1].