Владимир Леонов родился 26 апреля 1987 года в городе Донецк, Ростовская область. С 12 лет принимает участие в соревнованиях по мотоспорту. В 14 лет участвовал в Чемпионате России по мотокроссу на 80-кубовом мотоцикле.
В 2004 - победитель любительского Кубка России по мотокроссу в классе мотоциклов до 125сс. В 2005 - победитель любительского Кубка России по мотокроссу. С конца 2006 года Владимир - член команды «Vector Racing». В 2009 Владимир Леонов принимал участие в чемпионате мира MotoGP в классе 250 кубовых сантиметров в составе Viessmann Kiefer Racing Team.
В 2010 году Владимир Леонов участвовал в новом классе Moto2 чемпионата мира MotoGP, с объемом двигателя 600 кубических сантиметров. Кстати, команда за которую выступал в мировой серии спонсировалась его родной командой - Vector Racing, сильнейшей в России командой по шоссейно-кольцевым мотоциклетным гонкам, которая впервые за последние 50 лет представляла Россию в престижных международных сериях.
C 2011 по 2014 годы - пилот команды Yakhnich Motorsport, в составе которой в 2011 году занял 3 место в Чемпионате Италии, категория Superstock 600. В 2011 году по wild card принял участие в двух этапах чемпионате мира WSBK, класс Supersport.
С 2012 по 2014 годы - постоянный участник чемпионата мира WSBK, класс Supersport. В 2012 году занял 3 место на этапе в голландском Assen и 3 место на российском этапе на трассе Moscow Raceway. В 2014 году завоевал 3 место в итальянской Имоле.
В 2011 году - победитель одноэтапного европейского кубка Coppa Dei Due Paesi. В 2014 году Владимир Леонов в качестве запасного гонщика принял участие в квалификации мотогогонки «24 часа Ле-Мана» в составе команды R2CL, которая в общем зачете заняла 8 место.