Figlio di un magistrato e di una pittrice, Leoncavallo rivelò fin da ragazzo un grande talento musicale, diplomandosi appena diciottenne al Real Collegio di San Pietro a Majella, a Napoli. Trasferitosi a Bologna, che era allora la città più aperta alle esperienze musicali e teatrali, ebbe modo di seguirvi le lezioni universitarie di Giosué Carducci, per il quale nutrì una profonda ammirazione e una affettuosa gratitudine, e di conoscere il Pascoli e altri futuri letterati, la cui frequentazione gli valse una solida preparazione letteraria che gli consentì in seguito di scrivere da sé i libretti delle proprie opere. Dopo più di un anno trascorso a Potenza, decise di recarsi in Egitto per darvi, con l'aiuto dello zio Giuseppe Bey, una serie di applauditi concerti nelle città principali, dove esistevano attive e popolose comunità italiane. Introdotto nell'alta società, venne invitato a suonare a corte e nominato maestro di musica del fratello del Khedivé. Ma la rivolta nazionalista e l'occupazione britannica gli suggerirono la fuga travestito da arabo. Nel luglio 1882, dopo un viaggio avventuroso, giunse a Parigi, dove visse da "bohèmien" impartendo lezioni di pianoforte, scrivendo canzoni (come la celebre Mattinata) e suonando la sera nei caffè concerto. In seguito si trasferì a Milano con la futura moglie, la cantante francese Berta Rambaud. Mentre attendeva che l'editore Ricordi mantenesse la promessa di fargli rappresentare l'opera d'ambiente rinascimentale I Medici, nel 1892 Leoncavallo intuì le possibilità della nuova drammaturgia musicale e, sull'onda del successo mondiale di Cavalleria rusticana, scrisse di getto i Pagliacci, andata in scena al Teatro Dal Verme di Milano sotto la direzione di Toscanini. Per il soggetto si ispirò ad un fatto di cronaca nera al quale aveva assistito da bambino. Pagliacci e la maggior parte delle opere leoncavalliane, quasi tutte edite da Casa Sonzogno, godettero fin dall'inizio di una vastissima popolarità in tutto il mondo. Purtroppo, però, Leoncavallo non ebbe in patria vita facile, sia per l'ostilità della critica, sia per l'atteggiamento avverso di molti suoi colleghi. Forse per queste ragioni si trasferì a Brissago, sulla sponda svizzera del Lago Maggiore, dove trascorse gli ultimi anni della sua vita. Morì improvvisamente a Montecatini, nella sua casa di villeggiatura, per un attacco cardiaco.
La prima edizione dello spartito di Pagliacci
Bozzetti per la prima rappresentazione della Bohème di Leoncavallo
La prima edizione dello spartito di Zazà 
Enrico Caruso nel ruolo di Canio, personaggio che preferiva ad ogni altro e che interpretò centinaia di volte
Placido Domingo nel ruolo di Canio. Il grande tenore spagnolo ha interpretato Cavalleria rusticana e Pagliacci nella stessa serata più di quaranta volte: un record!