Alessandro de' Medici tilhørte en gren av den mektige florentinske slekten Medici; hang var sønn av Ottavio de' Medici og Francesca Salviati. Moren var en datter av Lucrezia de' Medici (1470–1553) og hennes ektemann Jacopo Salviati (1461–1533). Lucrezia de' Medici var i sin tur datter av Lorenzo il Magnifico (1449–1492) og søster av pave Leo X (1475–1521), som sener eble inspirasjonen til Alessandro Ottaviano pavenavn. Han var altså grandnevø til Leo X.
Familien tilhørte Medici di Ottajano, en kadettgren av Huset Medici. Ottaviano døde tidlig i sønnens liv, og gutten fikk sin skolegang i hjemmet, ved dominikanerpresten pater Vincenzo Ercolano.[6]
Medici følte seg kallet til prestedømmet, men moren motsatte seg dette ettersom han var den eneste mann i familien.[trenger referanse] Hun sendte ham istedet til storhertugen av Toscanas hoff, som gjorde ham til ridder av San Stefano.[trenger referanse]
I 1560 dro han til Roma, og der begynte hans livslange vennskap og samarbeide med Filip Neri, en prest som senere ble helligkåret i den katolske kirke. Det var Filip Neri som spådde at Alessandro en gang ville bli pave.[trenger referanse]
Prest, ambassadør, biskop, erkebiskop
Hans mor døde i 1566, og da gjenopptok han sine prestestudier. Han ble presteviet den 22. juli 1567[7] av Antonio Altoviti, erkebiskop av Firenze. Han var florentinsk ambassadør i Roma til pave Pius V fra 1569; der gjorde han et meget godt inntrykk på etterfølgeren pave Gregor XIII, som utnevnte ham til biskop av Pistoia i 1573 og erkebiskop av Firenze i 1574.[8]
Som pavelig legat til i Frankrike lyktes han i å overtale pave Klemens VIII til å oppheve ekskommunikasjonen av kong Henrik IV (1553–1610).[trenger referanse] Som legat engasjerte kardinal Medici fdrg for den kirkelige disiplin som tildels var brutt sammen under religionskrigene i landet, ; det lyktes ham imidlertid ikke å overtale kong Henrik IV til å implementere Tridentinerkonsilets beslutninger i Frankrike. En annen oppgave som tilkom ham som legat, var de diplomatiske samtaler mellom Frankrike og Spania, som den 2. mai 1598 førte til fredtraktaten i Vervins.
Medici valgt til pave 1. april 1605. Han ble kronet 10. april 1605 av protodiakon kardinal Francesco Sforza. Pave Leo XI var 69 år gammel og hadde dårlig helse, og han pådro seg en alvorlig forkjølelse da han ble installert i Laterankirken, Romas katedral, den 17. april 1605. Han døde ti dager etter.
På Leo XIs gravmonument i St. Peterskirken står det blant annet Sic florui (latinsk: 'Slik blomstret jeg'), som henspiller på at hans tid som pave var som en blomsts levetid – svært kort. Samme devisen brukes ofte om den langt senere pave Johannes Paul I (1978), som også hadde et ytterst kort pontifikat.
Selv om pave Leo XI aldri kom i gang for alvor, er enkelte av hans anvisninger kjent for ettertiden; dette var anvisninger han gav fra sykesengen. Han tilsa keiser Rudolf II støtte i krigen mot Det osmanske rike. Dessuten befridde han Romas befolkning fra en rekke av skatter. På det teologiske område forordnet han etableringen av en kommisjon som skulle gjennomarbeide pavavalgsordningene.
