Леопольд был вторым сыном великого герцога Тосканского Фердинанда III и его первой супруги, Марии Луизы.
Во время итальянских войн Франции против коалиции европейских государств, в 1799 году Леопольд, вместе со своим отцом, бежит из Италии и живёт в Вене, Зальцбурге и Вюрцбурге. В 1814 они возвращаются в Тоскану.
В 1817 году Леопольд женится по любви на принцессе Марии Анне Саксонской. 18 июня 1824 года Леопольд наследует после смерти отца престол Тосканского великого герцогства.
После смерти Марии-Анны он в 1833 году вступает во второй брак, с принцессой Марией-Антонией Сицилийской. За следующие 18 лет Мария-Антония родила 10 летей, 6 из которых достигли совершеннолетнего возраста (2 дочери и 4 сына).
Вследствие революции 1847—1848 годов и движения Рисорджименто в Италии Леопольд II 15 февраля 1848 года издаёт конституцию. Однако местным радикальным революционерам её оказалось недостаточно, чтобы провести необходимые преобразования в стране и сбросить австрийское владычество. В связи в этим Леопольд в конце февраля вновь покидает Тоскану, где создаётся временное революционное правительство. Последнее вступает в союзнические отношения с правительством возникшей в это же время революционной Римской республики. Однако в апреле того же года Леопольд, при помощи австрийских войск, возвращает себе тосканский трон. В апреле 1859 года народное восстание в Тоскане пыталось побудить своего великого герцога принять участие в войне на стороне Сардинского королевства против Австрии. Так как Леопольд II придерживался в этом конфликте политики нейтралитета, он 27 апреля, вместе с членами своей семьи, покинул Тоскану, и 21 июля 1859 года отказался от её трона в пользу своего сына из второго брака, Фердинанда IV.
В 1859 году Леопольд со своей семьёй поселился в замке Шлакенверт близ нынешних Карловых Вар. В 1860 году он приобретает чешский замок Брандвайс, где живёт крайне замкнуто. В то же время среди местного населения бывший герцог пользовался уважением, что позволило ему занять пост бургомистра городка Остров-над-Огржи. В ноябре 1869 года, когда политическая обстановка в Италии несколько стабилизировалась, Леопольд вместе со своей супругой отправился в Рим, где бывший герцог и скончался ночью на 29 января 1870 года.