Vincenzo Giacchino Pecci proviene da una famiglia aristocratica. Inizia gli studi a Viterbo in un collegio di gesuiti e li completa a Roma nel Collegio romano e nell'Accademia dei nobili. Nel 1832, a 22 anni, consegue il dottorato in teologia al Collegio romano ed entra nell'Accademia dei diplomatici pontifici. Viene ordinato sacerdote il 31 dicembre 1837. In qualità di delegato apostolico è inviato prima a Benevento, per impedire che il governo della città si riunisca al Regno di Napoli, poi a Perugia, nel 1841. Due anni dopo viene eletto arcivescovo e inviato in Belgio come nunzio pontificio. Torna a Perugia nel 1847 e nel 1853 viene ordinato cardinale. Vive le drammatiche giornate dell'insurrezione perugina, la repressione dei soldati pontifici e la sofferta annessione dell'Umbria al regno sabaudo. In tutto il periodo dell'Unità d'Italia è vicino e sostiene papa Pio IX nella sua linea di condotta. Nel 1876 diventa segretario di Stato e, il 20 febbraio 1878, alla morte di Pio IX viene eletto pontefice.

La situazione in cui il nuovo Papa deve operare non è delle più favorevoli: deve stabilire nuovi rapporti con il governo italiano e deve affrontare ed interpretare i grandi cambiamenti sociali del tempo. Nei primi dieci anni del suo pontificato, Leone XIII, segue la linea tracciata da Pio IX e conferma il "Non expedit" dei cattolici in politica, secondo la formula "né eletti, né elettori". Ben presto, illuminato dalla sua vastissima cultura, il Papa cerca il dialogo con il governo italiano, ma la delusione è grande, soprattutto dopo che Francesco Crispi fa erigere a Roma un monumento dedicato a Giordano Bruno, esprimendo il forte anticlericalismo del suo governo.

Il 15 maggio 1891 esce la Rerum novarum: con questa enciclica il pontefice avvia i cattolici alla questione sociale, prendendo posizione di fronte ai problemi del mondo operaio: invita gli uomini politici al rispetto della giustizia e delle leggi morali; esorta le classi operaie a non lasciarsi coinvolgere e travolgere da ideologie rivoluzionarie e a non irrigidirsi nelle lotte di classe. Auspica la collaborazione delle classi sociali perché solo camminando insieme, il capitale e il lavoro, possono progredire. L'enciclica ha un successo enorme e viene da molti definita la "Magna Carta del Lavoro". Nel 1901 riconosce il movimento dei democratici cristiani con l'enciclica Graves de communi re, definendone i limiti nel timore di un coinvolgimento in ambito politico.

Muore il 21 luglio 1903 a Roma e viene sepolto temporaneamente in San Pietro per essere poi trasferito, su sua disposizione, in San Giovanni in Laterano.

Di lui Giovanni Spadolini ha detto che con la famosa enciclica Rerum Novarum, "papa Leone XIII affronta la questione sociale e in particolare la condizione del proletariato industriale", ma anche gli altri principali documenti del pontefice "testimoniano l'ampiezza del disegno di apertura a tutti gli aspetti di vita comunitaria che caratterizza il suo pontificato". Attraverso la sua opera, l'azione dei cattolici militanti si indirizza sempre verso gli aspetti di ricostruzione della società "che obiettivamente, almeno in Italia, versava in condizioni disastrose sotto diversi aspetti. Ormai il movimento cattolico era una realtà che si imponeva all'attenzione e, ancora, a una nuova persecuzione da parte dello stato".