Выходец из знатной дворянской семьи.
Будущий православный епископ был крещён в лютеранской церкви с именем Леопольд и уже в сознательном возрасте, под влиянием своей матери перешел в православие и при миропомазании воспринял имя Владимир. В 1898 также принял российское подданство. Позже и его отец, под влиянием своего сына, перешел из лютеранства в православную веру.
Окончил Пензенскую мужскую гимназию в 1896, Казанскую духовную академию в 1900 со ступенью кандидата богословия.
В 1897 году принял монашеский постриг. С 1898 — иеродиакон, иеромонах.
С 1900 году — помощник смотрителя Уфимского духовного училища.
С 1903 году — член Пекинской духовной миссии.
С 1904 году — помощник смотрителя Вольского духовного училища, инспектор Курской духовной семинарии.
С 1906 году — архимандрит, настоятель посольской церкви в Афинах.
С 28 сентября 1914 — епископ Чебоксарский, викарий Казанской епархии.
С 12 февраля 1915 — епископ Ереванский, викарий Грузинской епархии
С 24 марта 1916 — епископ Кустанайский, викарий Оренбургской епархии.
С 16 декабря 1916 — епископ Петровский, викарий Саратовской епархии, вступил в конфликт с правящим архиереем Палладием (Добронравовым).
5 мая 1917 года был уволен с назначением ему местопребывания в Астраханском Покрово-Болдинском монастыре.
С 5 сентября 1917 года — епископ Енотаевский, викарий Астраханской епархии. В период пребывания правящего архиерея, архиепископа Митрофана (Краснопольского) на Поместном соборе в Москве временно управлял епархией.
В качестве викарного архиерея Астраханской епархии вступил в конфликт с архиепископом Митрофаном. Противостояние несправедливости, а также явное неприятие того круга людей, из среды которых он вышел, привело епископа Леонтия к выводу о пагубности для России монархического строя правления (при том, что архиепископ Митрофан был монархистом).
Также епископ Леонтий выступал союзником либерального духовенства в деле создания «Духовного союза православных христиан», который должен был дать приходским общинам большие полномочия. Видел в «Союзе» единственную возможность для Церкви юридически оформить свои отношения с государством и сохранить духовно-учебные заведения. Владыка Митрофан был решительным противником создания «Союза» и деловых контактов с советской властью.
Кроме того, епископ Леонтий поддержал декрет советского правительства об отделении церкви от государства. Считал, что «декрет этот является осуществлением и удовлетворением давно назревших и самых больных вопросов во взаимоотношениях государства и Церкви, требующих полного раскрепощения религиозной совести народа и освобождения Церкви и ее священнослужителей от ложного положения».
Архиепископ Митрофан инициировал рассмотрение «дела» епископа Леонтия Архиерейским собором церкви в Москве, однако выезд в столицу ему был запрещён органами советской власти. В сентябре 1918 владыка Леонтий был устранён от управления викариатством; кроме того, был поставлен вопрос о его запрещении в служении и даже о его отлучении. Отказался устраивать церковную смуту и опубликовал в газете свое обращение к православному населению: «Безмерно благодарю дорогих прихожан и богомольцев за выраженные чувства. Убедительно прошу сохранять мир, так как я беспрекословно подчиняюсь распоряжениям устранившей меня высшей церковной власти и не хочу кругом себя какого-либо шума в такое время». Значительная часть верующих обратилась к Патриарху Тихону с просьбой изменить решение. В результате епископ Леонтий не был запрещен в священнослужении и, тем более, отлучён, хотя и был смещен с должности викария, с оставлением его в должности управляющего Иоанно-Предтеченским монастырем.
В 1919 году председательствовал на совещании «Союза религиозных общин», где было решено обратиться к православному населению с призывом «оказать помощь раненым и больным воинам» старой и советской армии. Воззвание заканчивалось ссылкой на Евангелие: «Помните слова Христа: „Я был наг и вы не одели Меня, был болен, и вы не посетили Меня“». Председатель губчека Атарбеков решил, что ссылка на Евангелие сделана для подрыва авторитета советской власти и предложил арестовать епископа. Это решение санкционировал председатель Ревкома С. М. Киров.
25 мая (7 июня) 1919 епископ Леонтий по приказу Кирова С. М. был арестован и обвинён (наряду с архиепископом Митрофаном) в организации белогвардейского заговора. Сохранились два протокола допроса епископа Леонтия. В первом владыка категорически отвергает какое-либо свое участие в выступлениях против советской власти, также опровергая слухи об участии в заговоре знакомых ему лиц. Во втором епископ Леонтий неожиданно признаётся в существовании контрреволюционной организации, во главе которой стоял архиепископ Митрофан. К делу были подшиты и два варианта какой-то записки, где сверху совсем другим почерком было приписано «Записка Леонтия». В этих записках поливается грязью архиепископ Митрофан, объявленный «крупной реакционной личностью».
Расстрелян в один день с архиепископом Митрофаном. Известно, что им удалось встретиться перед казнью. Архиереи перед лицом надвигающейся на них смерти, забыв все прежние свои обиды, попросили друг у друга прощение, поклонились друг другу до земли и обнялись.
Верующие смогли забрать тела убитых архиереев и совершить погребение. На месте захоронения был поставлен кирпичный памятник, который в 1930 году был разрушен. В Астраханской епархии существовало почитание погибших. После войны прошел слух о перезахоронении архиепископа Митрофана и епископа Леонтия на городское кладбище, где верующие поставили деревянный крест. Местные власти регулярно его уничтожали, но он вновь появлялся на этом месте.
Почитался верующими за праведную жизнь и подвижничество. По жизни был человеком совершенно нестяжательным и никому не отказывал в помощи. Помогал он и материально и духовно — своим пастырским словом, стараясь утешить всякого, приходящего к нему. Имея необычайное сострадание и обострённое чувство справедливости, он не боялся вступаться за обиженных, идя даже на конфликты с власть предержащими.
Среди верующих Астраханской епархии существует традиция почитания владыки Леонтия как подвижника благочестия. В частности, он изображён на иконе Собора святых и подвижников благочестия Астраханской епархии (без нимба). В Астраханской епархии осуществляется сбор материалов к прославлению епископа Леонтия в лике святых новомучеников Российских. Однако вопрос о канонизации епископа пока не решён. Препятствием, видимо, является не столько конфликт между архиереями (у каждого из них была своя правда, и владыка Леонтий подчинился решению Патриарха Тихона, что явно не устраивало советскую власть — очевидно, это стало одной из причин гибели епископа), сколько упомянутые выше показания владыки Леонтия. Впрочем, не исключено, что речь идёт о фальшивке, сфабрикованной чекистами.