Nascido na Baixa-Normandia, iniciou a sua formação artística aos catorze anos, sendo aprendiz de um arquitecto em Caen. Em 1900 rumou para Paris, onde ingressou na Escola de Artes Decorativas, após uma tentativa frustrada de ingressar na Escola das Belas-Artes.
Em 1908, e na mesma cidade, instalou-se num edifício conhecido como "Ruche" (colmeia, em português), onde conviveu com outros artistas como Jacques Lipchitz, Robert Delaunay e até Marc Chagall, tendo-se tornado um dos melhores amigos deste último.
Entre 1909 e 1910, realizou a sua primeira grande obra Nus no bosque, uma pintura onde são notáveis as aspirações impressionistas.
A partir do de 1911, conheceu Pablo Picasso e Georges Braque, os quais lhe transmitiram influências cubistas, nas quais se aplicou e trabalhou durante a maior parte da sua carreira artística.
Em 1914, com o início da Primeira Grande Guerra, Léger foi recrutado para as trincheiras. Após esta etapa da sua vida, a sua pintura passou a representar a sua admiração pelos objectos mecânicos, tendo especial interesse pelos tanques de guerra.
A partir de 1920, predomina em sua obra a figura humana enquadrada por elementos industriais. Ainda na segunda década do século, numa nova fase da sua vida, produz e dirige o filme O ballet mecânico.
Devido à Segunda Grande Guerra, exilou-se nos Estados Unidos, onde foi professor na Universidade de Yale e no Mills College, tendo voltado para França em 1945.
De volta à sua terra natal, concebeu os vitrais da Igreja do Sacré-Coeur de Audincourt e um painel para o Palácio das Nações Unidas de Nova Iorque.
Em 1945 filiou-se no Partido Comunista e a sua obra passa a focar o trabalhador e o proletariado.
Pintou em 1954 o seu mais conhecido quadro: A grande parada.
Em 1955, ano do seu falecimento, foi homenageado com o prémio da Bienal de São Paulo.
O trabalho de Léger exerceu uma influência importante no construtivismo soviético. Os modernos pôsteres comerciais, e outros tipos de arte aplicada, também se vieram influenciar por seus desenhos. Em seus últimos trabalhos, realizou uma separação entre a cor e o desenho, de tal maneira que suas figuras mantêm seus formulários robóticos definidos por linhas pretas.
