Благодаря своему отцу, да Винчи получил хорошее домашнее образование, научившись читать, писать, считать, петь и играть на музыкальных инструментах. Отец пытался приобщить да Винчи к юриспруденции, но он не интересовался законами общества, а проявлял большой интерес к рисованию и лепке. Поэтому отец отвёл его в мастерскую художника Андреа Верроккьо, который взял мальчика на обучение. Так н в 1466 году стал подмастерьем.
В XV веке в мастерских итальянских художников изучалась не только живопись и ремесло, но и наука. Постигая технические аспекты художественного искусства, одновременно с этим ученики изучали ювелирное мастерство, лепку, архитектуру, а также грамоту и основы арифметики. Знания, передававшиеся от учителя к ученику в таких школах, позволяли осваивать не только ремесло, но и точные науки: черчение, химию и металлургию.
Оказавшись в окружении многих перспективных художников того времени, помимо самого да Винчи в то время в мастерской у Веррокьо учились Перуджино, Боттичелли, Гирландайо и другие подававшие надежды живописцы, ставшие впоследствии выдающимися мастерами, да Винчи рос и взрослел вместе с ними, впитывая науку, искусство, жизненную мудрость и любовь к природе. Постоянно общаясь и влияя друг на друга, все они придерживались одних и тех же ценностей, а их общим девизом стало: «Подражай природе».
Прогресс да Винчи в живописи был настолько стремительным, что уже в 1473 году, в возрасте 20 лет, получил квалификацию мастера в Гильдии Святого Луки, цеховом объединении европейских художников и скульпторов.
В 1476 году да Винчи покинул мастерскую Веррокьо, став самостоятельным мастером. Из мастерской он вынес одну полезную привычку, благодаря которой сделал впоследствии немало выдающихся открытий и изобретений: он всегда носил с собой записную книжку и записывал туда все свои наблюдения, а также зарисовывал в неё всё, что так или иначе привлекало его внимание: пейзажи, растения, животных, людей и различные механизмы. А впоследствии возвращался к этим записям и, размышляя над ними, делал выдающиеся открытия.
В его записных книжках встречались как рисунки, чертежи и эскизы, так и сопровождавшие их краткие заметки по вопросам естествознания, музыки, архитектуры, военно-инженерного дела и прочих наук того времени. Кроме этого, его записные книжки были усыпаны различными изречениями, философскими рассуждениями, шутливыми рассказами, анекдотами и пророчествами. Сохранилось около 120 его записных книжек, которые являются целой энциклопедией средневековой науки и культуры.
Во Флоренции в те годы правил потомок банкиров и щедрый покровитель искусства Лоренцо Медичи. Ему нравилась живопись Боттичелли, поэтому других художников он не жаловал. В 1482 году да Винчи, не найдя применения своим талантам во Флоренции, отправился в Милан.
Там он выполнил большую часть своих картин, включая знаменитое изображение Витрувианского человека и вершину его философской живописи фреску «Тайная вечеря», на которой изображён Иисус Христос в окружении своих учеников, которым он сообщает, что один из них скоро предаст его.
Разбирая явления рассеивания света в воздухе, да Винчи придумал и воплотил свою собственную, уникальную живописную технику, сфумато. Он нашёл такой способ смягчить очертания предметов или людей на полотне, чтобы передать с помощью красок окутывающий их воздух, что делало его картины более живыми, объёмными, реалистичными, по сравнению с картинами других художников.
В 1499 году Милан был захвачен французскими войсками короля Людовика XII и да Винчи на какое-то время покинул Милан, занявшись военными разработками. В 1503 году он возвратился ненадолго во Флоренцию, где написал знаменитую «Джоконду», портрет супруги флорентийского купца Франческо дель Джокондо, Моны Лизы, улыбка которой обладает невероятной притягательностью и чуть ли не мистической силой. А через три года да Винчи снова вернулся в Милан и поступил на службу к королю Франции, в то время контролировавшего север Италии.
Будучи от природы и воспитания умным, красивым и очень сильным (да Винчи мог руками ломать железные подковы и не знал равных в фехтовании), он прославился в первую очередь как художник. Будучи не только изобретателем, но и кулинаром, он на протяжении долгого времени был распорядителем придворных пиров в Милане. Его фирменным блюдом было тонко нарезанное тушёное мясо, накрытое сверху слоем овощей, которое пользовалось популярностью при дворе. Однако сам да Винчи был вегетарианцем и не ел мяса, отказавшись от него ещё в детстве. Он говорил про тех, кто ест мясо, что они «ходячие кладбища», поскольку для того, чтобы жить, они отнимают чужую жизнь и поедают трупы.
Будучи не только художником, но и исследователем, да Винчи производил вскрытия тел людей и животных, чтобы подробно изучить анатомию. Поэтому он хорошо понимал, что из себя представляют люди и животные изнутри. По результатам своих исследований он сделал тысячи зарисовок, точно передав строение скелета и внутренних органов человека.
В своём трактате «О живописи» да Винчи впервые объяснил, почему небо нам кажется синим: «Синева неба происходит благодаря толще освещённых частиц воздуха, которая расположена между Землёй и находящейся наверху чернотой». Тем, кто хотел бы развить свой талант и стать хорошим художником, да Винчи рекомендовал развивать в первую очередь воображение, для чего советовал наблюдать за облаками в небе, внимательно всматриваться в трещины на стене, пятна на полу, куски грязи или кучки пепла от сожжёной бумаги, выстраивая из них какие-либо образы, выискивая намёки, аллегории, идеи В назидание потомкам да Винчи оставил такое пожелание: «Приобретай в юности то, что с годами возместит тебе ущерб, причинённый старостью. И, поняв, что пищей старости является мудрость, действуй в юности так, чтобы старость не осталась без пищи».