Babası George DiCaprio, çizgi roman dağıtıcısı; annesi Irmalin DiCaprio avutkattır. Adam Farrar üvey kardeşidir. Daha bir yaşındayken annesi ve babası ayrılık kararı aldılar. Leonardo 3 yaşındayken en çok sevdiği çocuk programına çıktı.
1989′da kariyerine Parenthood dizisinde Garry Buckman rolü ile başladı. Daha sonra Santa Barbara dizisnde Mason Capwell karakterinin genç halini canlandırdı. 1991-1992 yılları arasında Growing Pains dizisinde 22 bölüm Luke Brower olarak yer aldı. 1991 yılında Critters 3 isimli filmde Josh rolündeydi.
İki yıl sonra Robert De Niro ve Ellen Barkin ile birlikte This Boy’s Life (1993) isimli filmde yer aldı. Aynı yıl özürlü bir genci canlandırdığı What’s Eating Gilbert Grape filmi ile 19 yaşındayken En İyi Yardımcı Erkek Oyuncu Oscarı’na aday gösterildi.
1995 yılında The Basketball Diaries ve Total Eclipse filmlerinde yer aldı, 1996 yılında Romeo + Juliet filminde Romeo’u canlandırdı ve Berlin Film Festivali’nde En İyi Erkek Oyuncuya verilen Silver Berlin Bear ödülünü kazandı. Aynı yıl Marvin’s Room filminde Meryl Streep ve Diane Keaton ile birlikte çalıştı.
1997 yılında Jack Dawson rolüyle Titanik filminde yer aldı. Film tüm zamanların en çok izlenen filmi oldu ve 11 Akademi Ödülü kazandı. DiCaprio bu filmi ile Altın Küre’ye aday gösterildi.
1998 yılında The Man in the Iron Mask ve Celebrity, 2000 yılında The Beach ve 2001 yılında Don’s Plum filmlerinde yer aldı. Daha sonra 2002 yılında Martin Scorsese’nin yönettiği ve 10 dalda Oscar adayı olan Gangs of New York filminde ve yönetmeni Steven Spielberg olan Catch Me If You Can filmlerinde yer aldı. Tom Hanks, Martin Sheen, Christopher Walken ve Amy Adams gibi oyuncularla birlikte rol aldığı Catch Me If You Can ile Altın Küre’ye tekrar aday gösterildi.
2004 yılında bir başka Martin Scorsese filmi olan The Aviator filminde Howard Hughes’u canlandırdı ve Altın Küre kazandı. Oscar, BAFTA, Screen Actors Guild gibi ödüllere aday oldu.
2006 yılında tekrar Martin Scorsese ile çalışarak The Departed filminde William M. ‘Billy’ Costigan Jr. karakterini canlandırdı.Screen Actors Guild, Altın Küre ve BAFTA ödüllerine aday gösterildi. Aynı yıl Blood Diamond filminde Danny Archer rolü ile Oscar ve Altın Küre adayı oldu.
2008 yılında gösterime giren Sam Mendes’in yönettiği, Kate Winslet ve Kathy Bates ile birlikte rol alacağı Revolutionary Road filminde Frank Wheeler karakterini canlandırdı.