Родился в еврейской семье, сын придворного адвоката. Учился в университете Саламанки философии и богословию (последнему - у известного доминиканца Мельчора Кано), позднее (c 1561) преподавал в нем. В 1544 вступил в орден августинцев. Получил степень бакалавра в Толедо и доктора богословия в Саламанке. В 1572—1576 был заключен инквизицией в Вальядолидскую тюрьму за перевод Библии на народный язык и ее еретическое толкование. После пятилетнего заключения Луис де Леон 13 декабря 1576 поднялся на кафедру Саламанкского университета со знаменитыми впоследствии словами: «В прошлый раз мы остановились…»
Крупнейший поэт испанского Возрождения, синтезировавший библейскую проблематику и метафорику с неоплатонической мистикой, античными темами (Гораций, Вергилий) и итальянскими поэтическими формами их разработки. Автор трактатов «Имена Христа» (1572—1585), «Совершенная жена» (1583) и др. Как переводчик переложил на испанский библейские книгу Иова и Песнь Песней, «Буколики» Вергилия, стихотворения Петрарки. Его произведения распространялись в рукописной форме, пока Франсиско Кеведо в борьбе с культеранизмом Гонгоры не издал его сочинения в 1631.
Среди авторов многочисленных трудов о поэзии и мысли Луиса де Леона - крупнейшие филологи К.Фосслер и Д.Алонсо. В 1956 в Испании была учреждена переводческая премия имени Луиса де Леона (с 1984 - Национальная премия за лучший перевод).