Lewis werd geboren in het Londense district Islington als dochter van vader Aural Josiah en moeder Marie Lewis. Ze heeft één oudere broer, Bradley, en een jongere broer, Kyle. Ze groeiden op in Highbury en gingen naar de Ambler Primary School. Lewis was altijd al geïnteresseerd in muziek en daarom besloten haar ouders om haar naar de Sylvia Young Theaterschool te sturen, ook al konden ze het nauwelijks betalen.Ook ging ze naar de Italia Conti-academie en de BRIT school. Na haar schooltijd had Lewis verschillende baantjes, zoals serveerster bij Pizza Hut en receptioniste, om studiotijd te kunnen betalen. Ze nam een aantal nummers op, waaronder haar eigen nummers van een demo-album dat "Twilight" heette, maar het album werd nooit uitgebracht. Op 15-jarige leeftijd nam ze samen met producent Marley J. Wills haar eigen versie van Minnie Riperton's "Lovin' You" op, waarna ze werd uitgenodigd door platenlabel Sony. Toch leek haar carrière te stranden en Lewis besloot het op te geven. Maar toen kwam haar vriend Lou Al-Chamaa met het idee om Lewis op te geven voor The X Factor.

De single voor de winnaar van X Factor, een cover van Kelly Clarkson's "A Moment Like This", werd al een miljoen keer besteld door winkels, terwijl de winnaar nog bekend moest worden. Op 20 december 2006 werd de single vervroegd uitgegeven, slechts vier dagen na de overwinning van Lewis. Op 24 december werd bekend dat het nummer de kerst nummer-één van 2006 was. Op dat moment waren er al 571.253 exemplaren verkocht. De single stond vier weken op nummer één in de Britse hitlijst en werd het meest gedownloade nummer van 2006. Ook buiten het Verenigd Koninkrijk werd de single een hit: in Ierland stond de single zes weken op de eerste plek.

Na haar overwinning verwierf Lewis een deal voor meerdere albums bij Sony BMG. Vanaf januari werkte de zangeres negen maanden aan haar debuut-cd in Londen, Atlanta, Los Angeles en Miami. Om de kansen op succes extra te vergroten, werden tientallen producers en songwriters aangetrokken waaronder Walter Afanasieff, Dallas Austin, Simon Cowell, Danja, Clive Davis, Kara DioGuardi, Jimmy Jam & Terry Lewis, Max Martin, Scott Storch, StarGate en Ryan Tedder. Lewis schreef zelf ook aan een aantal songs mee. Als eerste single werd half oktober 2007 het door Ryan Tedder geproduceerde nummer "Bleeding Love", geschreven door Jesse McCartney, op single uitgebracht. De promotie van het nummer werd groots aangepakt waardoor het veel airplay kreeg op de Britse en Ierse radiozenders. Ook trad Lewis met de single op tijdens de nieuwste serie van X-Factor. Naar schatting keken meer dan twee miljoen mensen naar die uitzending. De videoclip werd kort voor de release opgenomen in Los Angeles en werd op diverse muziekzenders grijs gedraaid. Op de dag van de release werden in het Verenigd Koninkrijk alleen al 66.000 exemplaren van de single verkocht. Daarmee versloeg Lewis de verkopen van Take That en Britney Spears, die in dezelfde week met nieuwe singles uitkwamen. Met 218.805 verkochte stuks in de eerste week, bereikte "Bleeding Love" meteen de eerste plaats van de Britse hitlijst. Uiteindelijk bleef het daar zeven weken staan, waarmee het de bestverkochte single van 2007 in het Verenigd Koninkrijk werd.

Op 12 november zag het debuutalbum Spirit het levenslicht. Omdat de eerste single zo goed ontvangen was door het publiek, waren de verwachtingen rondom de cd enorm hoog. Op de dag van de release werden er dan ook 130.000 stuks in Engeland verkocht. Spirit kwam met 375.872 verkochte exemplaren binnen op #1 in de Britse albumlijst. Het heeft daar 6 weken de toppositie bepaald. Half december kon Leona's debuut al met drievoudig platina worden bekroond. Het is het snelst verkopende debuutalbum sinds de release en het op drie na best verkopende debuutalbum van de Britse muziekgeschiedenis.

Buiten Engeland en Ierland kende Lewis al meer international succes met haar muziek. "Bleeding Love" werd eind 2007 al in landen als Zweden, Australië, Kroatië, Cyprus, Denemarken, Hongarije, Malta, Nieuw-Zeeland, Noorwegen en Polen goed ontvangen in de hitlijsten. In Nederland werd de carrière van Lewis in januari gelanceerd, met de verkoop van "Bleeding Love" die ook daar de nummer 1 plek noteerde. Het album Spirit volgde op 18 februari.

In 2008 zal Lewis andere delen van de wereld laten kennis maken met haar muziek. Simon Cowell, haar muzikale mentor en ontdekker tijdens The X Factor, had grootse plannen met de zangeres. Van Lewis wordt gezegd dat ze met haar talenten kan uitgroeien tot de nieuwste Whitney Houston of Mariah Carey en dat ze om die reden ook erg groot kan worden in de Verenigde Staten. "Bleeding Love" werd dan ook in februari op single uitgebracht in de Verenigde Staten, gevolgd door de release van het album in april. Ook daar had genoot ze van veel succes, de single piekte de Amerikaanse Billboard Hot 100 voor vier weeken. Het management van Lewis maakte ervoor haar nieuwe singles voor het Europese continent bekend: "Better in Time"/"Footprints In The Sand", een dubbele A-kant waarvan de release in maart gepland stonden. Beide nummers werden speciaal voor de singlerelease in een nieuw jasje gestoken. "Better in Time" kwam tot de tweede plek in de Britse Singles Chart, met slechts 302 kopieën minder verkocht dan Duffy's "Mercy". De Amerikaanse albumrelease volgde erna, waarvoor zij enkele nieuwe track opnam waaronder de door Akon geproduceerde "Forgive Me". Deze stond niet op de originele uitgave van Spirit maar werd op de rerelease van het album gezet. Het nummer debuteerde op 5 in het Verenigd Koninkrijk. Ook haar eigen interpretatie van Snow Patrol's "Run" staat op de heruitgave en ze pakte hiermee het record van de meest verkochte digitale downloads in twee dagen, met 69.244 kopieën. Zij behield drie weken deze positie.

Op 24 augustus 2008 zong zij, begeleid door Led Zeppelin-gitarist Jimmy Page, een nummer tijdens de slotmanifestatie van de Olympische Spelen in Peking.