Leão foi um admirável exemplo de santidade desde a infância e suas virtudes cresceram quando assumiu o bispado de Sens, França. Na lista dos bispos da cidade de Sens, São Leão está em décimo sexto lugar depois de Paulo.
Em 533, diante do Concílio de Orleans fez-se representar, mas no de 538 participou pessoalmente. Diz-se que o concílio de 533 foi o segundo realizado em Orleans e foi muito acorrido, pois a ele compareceram os bispos sujeitos aos reis francos Teodorico, Quildeberto e Clotário. Julga-se que este Concílio foi presidido por Honorato, arcebispo de Rouen e contou com a presença de vinte e seis bispos.
Já idoso, São Leão escreveu ao rei Quildeberto I (511-558) para dissuadi-lo de atender ao pedido do povo de Melun que pedia uma diocese própria, pois o território desta teria sido, em grande parte separado. Acredita-se que ele pode ser confundido com o bispo de mesmo nome que, por volta de 512, juntamente com dois irmãos, dirigiu uma carta de protesto a São Remígio de Reims, por causa de uma sanção demasiado indulgente contra um sacerdote culpado.
Constitutus, seu sucessor, interveio no conselho de Orleans em 549.
São Leão governou na Igreja por muitos anos em santa paz e com nobre zelo pela salvação das almas. Acredita-se que seu falecimento se deu por volta do ano de 547.
O Martirológio Jeronimiano registra a data de sua morte em 22 de abril, data em que o santo também foi inscrito no Martirológio Romano.
Antigas ladainhas dos santos, vindas da abadia de Saint-Germain-des-Prés, perto de Paris, levam seu nome.
O arcebispo de Sens, Ansegiso (871-885) transferiu as relíquias de Leão da cidade para o mosteiro de Saint-Pierre-Le-Vif, juntamente com as de seus três predecessores, que anteriormente repousavam na basílica de São Gervásio e São Protásio.
Reconstruída, esta tomou o nome de São Leão, esperando para ser unida, mais tarde, à igreja de São Nicolau.