Leonardo DiCaprio naît à Hollywood (Los Angeles) le 11 novembre 1974. Il doit son nom au célèbre peintre Léonard de Vinci car quand il était encore dans le ventre de sa mère et qu'elle était alors en train d'admirer une oeuvre de Léonard de Vinci, elle se mit à sentir plusieurs coups de pied de son enfant. Son père pensa alors que c'était un signe. Il est le fils du dessinateur et éditeur de bandes dessinées Georges DiCaprio (d'origine italienne et allemande) et d'Irmelin Indenbirken, une secrétaire d'origine germano-russe originaire d'Oer-Erkenschwick en Allemagne dont la famille a émigré aux États-Unis dans les années 1950. Ses parents divorcent en 1975. Il a un demi-frère, Adam, issu du remariage de son père. Issu de ce brassage de plusieurs cultures, il passe ses vacances à Francfort, plus précisément Steinbach en Allemagne, mais vit essentiellement avec sa mère dans le quartier d'Hollywood à Los Angeles.
Ne recevant pas d'éducation stricte, Leonardo est libre de se consacrer à n'importe quelle activité dès son plus jeune âge et notamment aux cours de comédie, domaine dans lequel il peut s'épanouir pleinement.
A l'âge de treize ans, Leonardo DiCaprio commence par tourner des spots publicitaires et obtient très vite des petits rôles à la télévision, dont notamment Quoi de neuf, docteur? de Neal Marlens (1991), série dans laquelle il va se faire remarquer.
Leonardo est intéressé par le cinéma et tourne son premier rôle dans un film d'horreur Critters 3. Puis en 1993, il joue le rôle du beau-fils maltraité de Robert De Niro dans Blessures secrètes. Leonardo attire encore plus l'attention lors de son film suivant, Gilbert Grape, où il joue le rôle d'un attardé mental, volant la vedette à Johnny Depp. Il obtient pour ce film en 1994 une double nomination en tant que Meilleur second rôle aux Golden Globe Awards et aux Oscars.
Il s'illustre au cours de l'année 1995 dans divers films, tels que Rimbaud Verlaine dans lequel il joue le rôle du poète homosexuel Rimbaud et que le magazine Entrevue a considéré comme pornographique gay, puis Basketball Diaries, adaptation du livre autobiographique du poète et musicien new-yorkais Jim Carroll où il incarne aux côtés de Mark Wahlberg et Juliette Lewis un jeune toxicomane. Il enchaine avec le western de Sam Raimi,
Mort ou vif, au côté de Sharon Stone, Gene Hackman et Russell Crowe et enfin dans le drame familial Simples Secrets, ou il partage l'affiche avec Meryl Streep, Diane Keaton et Robert De Niro.
Malgré ses bonnes prestations, Leonardo DiCaprio n'accède à un statut de premier plan qu'en 1996 avec le Roméo + Juliette de Baz Luhrmann, adaptation déjantée et moderne de l'oeuvre de William Shakespeare. Il enchaîne avec Celebrity de Woody Allen et L'homme au masque de fer où il partage l'affiche avec un casting impressionnant (John Malkovich, Jeremy Irons, Gérard Depardieu et Gabriel Byrne). Mais surtout, il acquiert un statut de "héros romantique", dans le film
Titanic de James Cameron où il joue l'amant de Rose, interprétée par Kate Winslet. Le film connaît un succès planétaire qui propulse DiCaprio au rang de star mondiale.
Il maintient ce statut avec le film de Danny Boyle, La Plage, en 2000, bien que son personnage soit ici un antihéros. Son image change avec ses films suivants : il joue un escroc face à Tom Hanks dans Arrête-moi si tu peux de Steven Spielberg, puis tourne trois films sous la direction de Martin Scorsese : Gangs of New York (2002) face à Daniel Day Lewis, Cameron Diaz et Liam Neeson, Aviator (2005) ou son interprétation du célebre Howard Hughes lui vaut le Golden Globe du meilleur acteur dans un film dramatique puis Les Infiltrés, où il joue un agent de la police d'Etat de Boston, infiltré dans la mafia irlandaise, au côté de Matt Damon, Jack Nicholson et Mark Wahlberg. C'est grâce à ce film que Martin Scorsese gagne pour la première fois l'oscar du meilleur réalisateur et du meilleur film en 2006. L'année suivante sort Blood Diamond d'Edward Zwick, où Dicaprio interprète un trafiquant de diamants rhodésien (actuellement Zimbabwe), en Sierra Leone, dénonçant ainsi le trafic des diamants de sang.
Dix ans après Titanic, Leonardo DiCaprio retrouve Kate Winslet et Kathy Bates dans Les Noces rebelles de Sam Mendes. En 2008, l'acteur tourne Mensonges d'État dirigé par Ridley Scott, dans un film d'espionnage et d'action qui se déroule au Moyen Orient et où il partage la vedette avec Russell Crowe qu'il avait déjà croisé sur le tournage de Mort ou vif en 1995, avant que les deux acteurs n'atteignent la notoriété.
La collaboration de Leonardo DiCaprio avec Martin Scorsese se poursuit avec le thriller
Shutter Island, adapté du roman de Dennis Lehane, sorti dans les salles au début de l'année 2010. Il enchaîne avec le tournage de Inception de Christopher Nolan, au côté de Marion Cotillard, Joseph Gordon-Levitt, Ellen Page, Ken Watanabe, Tom Hardy, Cillian Murphy et Michael Caine. Ce polar de science-fiction à gros budget (160 millions de dollars d'après Box Office Mojo) traite de la manipulation des rêves et de l'architecture de l'esprit et est sorti durant l'été 2010.
Il s'apprête à incarner J. Edgar Hoover, le fondateur du F.B.I, sous la direction du réalisateur Clint Eastwood. Le film est actuellement en cours de tournage.
Leonardo DiCaprio peut s'enorgeuillir d'avoir joué avec les plus grands acteurs (Robert De Niro, Johnny Depp, Meryl Streep, Gérard Depardieu, John Malkovich, Daniel Day-Lewis, Tom Hanks, Christopher Walken, Jack Nicholson, Russell Crowe, Michael Caine, Marion Cotillard...) et sous la direction des plus grands réalisateurs (Martin Scorsese, Steven Spielberg, James Cameron, Woody Allen, Ridley Scott, Baz Luhrmann, Sam Raimi, Danny Boyle, Sam Mendes, Christopher Nolan, Clint Eastwood...).