암스테르담에서 태어났다. 어렸을 때부터 그림에 재능이 있었던 리오니는 암스테르담 박물관에 걸려 있는 거장들의 그림을 똑같이 그리며 놀기를 좋아했다. 제노바 대학에서 경제학으로 박사 학위를 받은 리오니는, 직업으로 그래픽 아트를 시작했고, 1939년 미국으로 이주하고 나서 아트 디렉터로 본격적인 활동을 하기 시작했다. 레오 리오니는 1984년에 인스티튜트 오브 그래픽(1969)로 칼데콧 아너 상을 수상하면서 전세계적으로 인정받는 그림책 작가가 되었다.