Nació el 15 de abril de 1452 en Vinci, cerca de Florencia. En 1460 se trasladó junto a su familia a Florencia, donde se formó. En torno a 1466 asistió al taller de Andrea del Verrocchio, donde se inicia en diversas actividades, desde la pintura de retablos y tablas hasta la elaboración de grandes proyectos escultóricos en mármol y bronce.

En 1472 fue admitido en el gremio de pintores de Florencia y en 1476 todavía se le menciona como ayudante de Verrocchio, en cuya obra El bautismo de Cristo (c. 1470, Uffizi, Florencia), pintó el ángel arrodillado de la izquierda y el paisaje de matices neblinosos. Su primer encargo fue un retablo para la capilla del Palazzo Vecchio, del ayuntamiento florentino aunque no llegó a ejecutarse. Su primera gran obra, La adoración de los Magos (Uffizi), que dejó inacabada, se la encargaron los monjes de San Donato de Scopeto, cerca de Florencia, hacia 1481. Otras obras de este periodo son: la Madonna Benois (c. 1478, Ermitage, San Petersburgo), el retrato de Ginebra de Benci (c. 1474, Galería Nacional, Washington) y el inacabado San Jerónimo (c. 1481, Pinacoteca Vaticana). En 1482 se puso al servicio de Ludovico Sforza, duque de Milán, tras haberle escrito una carta en la que el artista se ofrecía como pintor, escultor, arquitecto, además de ingeniero, inventor e hidráulico y donde afirmaba que podía construir puentes portátiles, que conocía las técnicas para realizar bombardeos y el cañón, que podía hacer barcos así como vehículos acorazados, catapultas y otras máquinas de guerra y que incluso podía realizar esculturas en mármol, bronce y terracota. Además, ayudó al matemático italiano Luca Pacioli en su célebre obra La divina proporción (1509). La obra más importante del periodo en Milán son las dos versiones de la Virgen de las rocas (1483-1485, Louvre, París; década de 1490-1506-1508, National Gallery, Londres), donde aplica el esquema compositivo triangular que encierra a la Virgen, el Niño, san Juan y el ángel, y donde aplica por primera vez la técnica del sfumato.

De 1495 a 1497 trabaja en su obra maestra La última cena, pintura mural para el refectorio del monasterio de Santa Maria delle Grazie, Milán. Además realizó otras pinturas, dibujos y modelos para la cúpula de la Catedral de Milán. Su mayor encargo fue el monumento ecuestre en bronce a tamaño colosal de Francesco Sforza, padre de Ludovico, para su ubicación en el patio del castillo Sforzesco. Sin embargo, en diciembre de 1499, la familia Sforza fue expulsada de Milán por las tropas francesas. La estatua quedó inacabada y fue destruida por arqueros franceses que la usaron como diana.

En 1500 regresó a Florencia. En 1502 comenzó a servir a César Borgia, duque de Romaña, hijo del papa Alejandro VI. En su calidad de arquitecto e ingeniero mayor del duque, supervisó las obras en las fortalezas de los territorios papales del centro de Italia. En 1503 fue miembro de la comisión de artistas encargados de decidir sobre el adecuado emplazamiento del David de Miguel Ángel (1501-1504, Academia, Florencia), y además ejerció de ingeniero en la guerra contra Pisa. Al final de este año comenzó a planificar la decoración para el gran salón del Palacio de la Signoria con el tema de la batalla de Anghiari. Realizó numerosos dibujos y completó un cartón en 1505, pero nunca llegó a realizar la pintura en la pared. El cartón se destruyó en el siglo XVII.

Durante su segundo periodo florentino, realizó varios retratos, de los que sólo se conserva el de La Gioconda (1503-1506, Louvre, París), también conocido como Monna Lisa, al identificarse a la modelo con la esposa de Francesco del Giocondo que llevaba ese nombre, aunque se han barajado varias hipótesis sobre su verdadera identidad. Parece ser que sentía una gran predilección por esta obra ya que la llevaba consigo en sus viajes.

En 1506 vuelve a Milán al servicio del gobernador francés Carlos II Chaumont, mariscal de Amboise. Un año después le nombraron pintor de la corte de Luis XII de Francia, que residía por entonces en la ciudad italiana. Durante los seis años siguientes pasó su tiempo entre Milán y Florencia. De esta misma época parece ser la segunda versión de la Virgen de las rocas y Santa Ana, la Virgen y el Niño (c. 1506-1513, Louvre, París). Desde 1514 a 1516 Leonardo vivió en Roma bajo el mecenazgo de Giuliano de Medici, hermano del papa León X. Se alojaba en el Palacio del Belvedere en el Vaticano, ocupándose fundamentalmente de experimentos científicos y técnicos.

Leonardo da Vinci fue estrictamente vegetariano, llamó a los omnívoros "devoradores de cadáveres". También parece ser que fue homosexual y que sufrió persecución por este hecho estando a punto de enfrentarse a la Inquisición. Queda evidenciado sus relaciones con sus aprendices, especialmente con Salai. En Florencia, cuando Leonardo era aprendiz de Verrochio, se presentó una denuncia contra el pintor acusándolo de pederasta. Sus protectores consiguieron que eludiera el juicio público. En cualquier caso, Leonardo permaneció soltero y sin hijos. En la parte científica se puede ver su interés por los estudios anatómicos del cuerpo humano, basados en las autopsias de cadáveres que realizaba, a pesar de que esta práctica estaba prohibida en el siglo XV. Se cree que pudo diseccionar unos treinta cadáveres con los que dibujó con detalle y claridad gran parte de los órganos del cuerpo. En 1516 pasó a vivir en Francia, a la corte de Francisco I, donde pasó sus últimos años en el castillo de Cloux, cerca de Amboise. Allí falleció el 2 de mayo de 1519.

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