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Ultimogenito di Cosimo II e di Maria Maddalena d'Austria, fu - insieme ai fratelli Giovanni Carlo, Matthias ed il primogenito Ferdinando II - il protagonista di una delle stagioni più gloriose del lungo governo che la dinastia dei Medici esercitò in Toscana. Nato nel 1617, aveva studiato con Galileo e Famiano Michelini. Col tempo aveva finito per diventare un appassionato cultore di scienza ed un attento promotore di ricerche scientifiche. Insieme al fratello, il Granduca Ferdinando II, fondò nel 1657 l'Accademia del Cimento, destinata a riprendere e sviluppare l'eredità galileiana nel nuovo clima della Controriforma. In questa veste diresse la pubblicazione dei Saggi di naturali esperienze fatta dal Segretario Lorenzo Magalotti.
Leopoldo non fu solo un mecenate lungimirante, ma si interessò personalmente, al pari del fratello Ferdinando, di problemi e dibattiti scientifici. Partecipò ad esempio, in stretto rapporto con Redi, alla ricerca sulla generazione degli insetti delle galle che fece registrare una clamorosa spaccatura tra gli accademici del Cimento. Grazie al proprio attivismo, il dinamico Principe mediceo si trovò al centro di una fitta rete di rapporti epistolari con i maggiori scienziati europei del tempo. Nominato Cardinale, lasciò Firenze e la propria Accademia prediletta, che in breve tempo, nel 1667, cessò ogni attività. Lui stesso morì dopo pochi anni, il 10 novembre 1675.
Della collezione personale del Principe Leopoldo fecero parte, tra i vari oggetti, la lente e i cannocchiali di Galileo, il giovilabio e gli strumenti dell'Accademia del Cimento. Alla sua morte, avvenuta nel 1675, essi entrarono a far parte della collezione medicea raccolta nella Galleria degli Uffizi, ed oggi sono conservati nel Museo di Storia della Scienza.
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