Алена Леонова родилась 23 ноября 1990 году в городе Санкт-Петербург. В раннем возрасте стала воспитанницей тренера Марины Вахрамеевой, а в 2000 году на десятилетнюю девочку обратила внимание Алла Пятова. С тех пор Алена Леонова тренировалась в «Юбилейном» под руководством Пятовой. Во всех спортивных начинаниях будущую фигуристку всецело поддерживала ее мать.

Дебют Алены Леоновой состоялся на юношеском Кубке России. Победив на двух этапах, спортсменка вышла в финал и там завоевала золотую медаль. В сезоне 2007-2008 она также получила несколько наград на различных юниорских турнирах, а уже в следующем сезоне выступала во взрослом одиночном разряде. На двух этапах взрослого Гран-при она стала седьмой и пятой, а чемпионат Европы закончился для нее четвертым номером турнирной таблицы. Очень даже убедительное начало для дебютантки, которой едва исполнилось восемнадцать.

Четвертой Алена Леонова стала и на мировом первенстве в сезоне 2009-2010, зато участие в Coupe de Nice того же сезона принесло ей золото.

В 2012 году Леонова занимает лишь седьмую позицию в чемпионате Европы, при этом показывает бронзовый результат на уровне страны и серебряный - на мировом первенстве. На следующий год она завоевывает золото кубка А.Н.Мишина и Кубка России.

Из-за травм сезон 2013-2014 Алёна начала только в ноябре с этапа Гран-при в Японии. Выбрав для своей короткой программы свой позапрошлогодний саундтрек к фильму «Пираты Карибского моря» Леонова заняла лишь седьмое место и заявила о необходимости создания новой программы и доработки прыжковых каскадов. На чемпионате России Алёна заняла 5 место, но несмотря на это была включена в состав сборной на чемпионат Европы 2014 года,где заняла 4 место, повторив свой результат 2009 года.

Послеолимпийский сезон она начала в конце сентября. Она стартовала на турнире в Германии, где лидировала после короткой программы, но в итоге заняла второе место. Она удачно выступила на втором этапе Гран-при в Канаде в короткой программе, где занимала третье место. Но откатала неудачно произвольную программу и замкнула шестёрку в итоге.

На заключительном этапе Гран-при в Японии Леонова заняла второе место в короткой программе, а затем, совершив ряд ошибок в произвольной программе, тем не менее сохранила общее второе место. На чемпионате России 2015 года она была самой возрастной одиночницей и финишировала на седьмом месте.

Новый сезон 2015-2016 Алёна открыла вновь в Германии в сентябре на турнире Небельхорн, где как и год назад была второй. Через три недели она заняла в октябре 2015 года на Кубке Ниццы второе место. При этом улучшила своё достижение в короткой программе. В конце октября спортсменка неудачно выступала на этапе серии Гран-при Skate Canada; где она заняла восьмое место. Также восьмой она оказалась и на заключительном этапе Гран-при в Нагано. На чемпионате России заняла только 9-е место.

Новый предолимпийский сезон Алёна начала в Братиславе на Мемориале Непелы. Её выступление было признано не совсем удачным, она не сумела пробиться в пятёрку. Следующий старт состоялся в Ницце на Кубке города в октябре 2016 года, где она заняла четвёртое место. В середине ноября россиянка выступала на этапе Гран-при в Париже, где на турнире Trophée de France финишировала последней.

В начале декабря Леонова выступала в Хорватии на турнире Золотой конёк Загреба, где она удачно выступила и заняла третье место, при этом она улучшила свои прежние достижения в сумме и произвольной программе. В конце декабря в Челябинске на чемпионате России она заняла тринадцатое место.

В начале февраля 2017 года российская одиночница выступала в Алма-Ате на зимней Универсиаде, на соревнованиях она выступила не совсем уверенно и заняла пятое место