Nativo di Roma, fu il primo papa ad essere eletto alla dignità pontificia, dopo che il regno dei Franchi prese ad esercitare sul nuovo stato ecclesiastico, una forma di protezione che garantiva la sicurezza interna ed esterna, mentre il papa assumeva la figura di gran sacerdote, che prega per il popolo cristiano, affinché abbia sempre vittoria su tutti i nemici di Dio.
Leone III dopo la consacrazione avvenuta il 27 dicembre 795, comunicò a Carlo Magno la morte del suo predecessore Adriano I e quindi la sua consacrazione, gli mandò il vessillo della città di Roma, in segno di ossequio e le chiavi della Confessione di S. Pietro con l’invito a mandare un suo rappresentante alla cerimonia del giuramento di fedeltà del popolo romano.
Dovette occuparsi della questione dell’adozionismo teoria sostenuta principalmente dai vescovi spagnoli Felice di Urgel e Elipando di Toledo, questi dicevano che Gesù Cristo come uomo non era il vero Figlio di Dio, ma soltanto suo figlio adottivo.
I contrasti fra alcune famiglie patrizie romane contro il papa, continuarono anche dopo la morte di Carlo Magno (814), un nuovo complotto si stava organizzando, ma furono scoperti e accusati di lesa maestà e condannati a morte; il papa agì di sua propria autorità senza ricorrere al successore dell’imperatore, Ludovico, dimostrando una severità che poco si addiceva al capo spirituale della cristianità.
Fondò la Scuola Palatina da cui derivò l’Università di Parigi.
Morì il 12 giugno 816 e fu sepolto in S. Pietro. La Sacra Congregazione dei Riti nel 1673, inserì il suo nome nel Martirologio Romano al 12 giugno, ma bisogna dire che nella revisione del 1963 la sua festa è stata eliminata.