Сергій Леонов народився 20 грудня 1982 року у селищі Брюховичі Львівської області.
Оскільки батько Сергія Леонова був військовослужбовцем і родина часто змінювала місця проживання, він навчався у школах Казахстану та Польщі. Закінчив середню загальноосвітню школу у Яворові.
Згодом здобув освіту в колишньому Професійно-технічному училищі №27 (сьогодні – Львівський професійний коледж готельно-туристичного та ресторанного сервісу).
Займався приватним підприємництвом у ресторанній сфері.
Після початку повномасштабного вторгнення російської федерації став на захист Батьківщини від російських окупантів, вступивши до лав 47-ї окремої механізованої бригади «Маґура» Сухопутних військ Збройних Сил України. Виконував бойові завдання із оборони суверенітету та територіальної цілісності держави на території Донецької та Запорізької областей, а також на Курському напрямку. З відзнакою завершив військові навчання у Німеччині.
Сергій загинув 14 березня 2025 року на Курському напрямку фронту.
У Сергія Леонова залишилися батьки, дружина, двоє дітей та брат.