Rođen 3. siječnja 1929. u Rimu, od oca redatelja nijemih filmova i majke glumice koja se zbog braka odrekla profesije. Povučen i stidljiv djetinjstvo provodi u Napulju iz razloga očeve političke nepodobnosti za Mussolinijevog režima zbog čega dobiva zabranu snimanja. Serž će nadoknaditi glupost krivog trenutka i marljivo se posvetiti filmskoj umjetnosti u svakom obliku koji mu bude dostupan. I čekat će, unatoč očevom protivljenju.

Nakon 50-ak asistiranja tijekom 1950-ih velikim holivudskim redateljima  koji su u Italiji snimali koprodukcije (R. Aldrich, R. Wise, W. Wyler) i svog prvog, nebitnog filma 'Kolos s Rodosa' o kojem je uvijek izjavljivao da ga je snimio samo da otplati medeni mjesec, uporni Leone je dočekao svojih pet minuta. 1964. adaptira scenarij Kurosawinog samurajskog filma 'Yojimbo' i u Španjolskoj snima 'Za šaku dolara' inspirirajući se Kurosawom i u smislu složene mizanscene i suradnje sa skladateljem Enniom Morriconem koja je izrasla u možda najgenijalniju suradnju filmske glazbe uopće.

Clint Eastwood pak, tad beznačajni TV-glumac, nije bio Seržov prvi izbor, već Henry Fonda kojeg je ovaj imao u viziji cijelo vrijeme nastanka scenarija. No, Fonda je bio preskup, pa je rola ponuđena prvo Jamesu Coburnu koji ju iz istog razloga odbija, a potom Charlesu Bronsonu  koji je scenarij nazvao 'najgorim kojeg je ikad vidio'. Na nagovor jednog kolege pogledao je CBS-ovu TV-seriju s 34-godišnjim Eastwoodom kojeg na kraju i angažira pronalazeći u njemu potencijal talenta koji može izbrusiti po vlastitoj imaginaciji, a to je konkretno značilo učiniti Eastwooda grubljim i oporijim: 'U stvarnom životu Clint je usporen, smiren, podsjeća na mačka. Na snimanju radi što treba, a kad završi, smjesti se u neki kutak i odmah zaspe. Spava cijelo vrijeme, dok ga opet ne pozovemo.' Budžet filma je bio 200 tisuća dolara, a Eastwoodov honorar 15 tisuća.  
   
S prvim dijelom dolarske trilogije oformljen je novi žanr 'spaghetti western' koji će u svom razvoju rezultirati s više od 200 filmova i koji se definira kategorijama nastajanja u Italiji, djelomičnog snimanja u Španjolskoj, protagonista samouvjerenog, bezimenog ubojice, glazbe Morriconea ili u njegovom stilu i jasno finalnog obračuna. Uslijedili su 'Za dolar više' i klasik 'Dobar, loš, zao' koji se smatraju trilogijom zbog glavnog junaka kojeg uvijek tumači C.E. i koji nikad nema ime, uz, naravno, očiglednosti žanra i stila režije. 

1968. nastaje epski western 'Bilo jednom na Divljem zapadu' s talentiranom glumačkom postavom — napokon toliko željeni Henry Fonda, Charles Bronson, Claudia Cardinale, Jason Robards…— i tankoćutnom posvetom jednostavnosti i nepatvorenosti starog Divljeg zapada osuđenoj na propast progresijom filma. Film neslavno prolazi na američkom tržištu (Amerika nikad nije umjela prihvatiti Seržov opus i pravilno ga vrednovati; pravo priznanje dobiva u Europi), također iz razloga što ga Paramount mesari, odnosno skraćuje i uništava priču, ali europska verzija izlazi u integralnoj verziji.

Nakon toga Leone je ugovorom prisiljen snimati film 'Za šaku dinamita' (poznat i kao 'Bila jednom revolucija', ' Pazi, dinamit' i 'Sakrij se'), međutim opsesija mu je usmjerena osobnom projektu tematike američke mafije zbog kojeg odbija i režiju prvog Kuma (njemu ponuđena prije Coppole). 1984. će finalizirati taj veličanstveni četverosatni ep s Robertom de Nirom i Jamesom Woodsom u glavnim ulogama. 'Bilo jednom u Americi' su producenti i ovaj put upropastili na isti način premontiravši ga na 150 minuta; srećom postoji cijela verzija, pa se film nalazi na svim ljestvicama 100 najboljih filmova svih vremena, a nedokučivi Amerikanci još uvijek vrte svoju čudnu verziju na televiziji.

Zadnji projekt, spriječen preranom smrću, bijaše već ugovorena koprodukcija s Rusima, 'Opsada Lenjingrada', u kojoj je opet trebao nastupati Robert de Niro. Smrt ga je omela i u ostvarivanju životne ambicije, remakea 'Prohujalo s vihorom'. Seržov stil se razvio iz fascinacije Kurosawom i postao prepoznatljiv ritmičkom montažom, Morriconeovom glazbom kao bitnim izražajnim sredstvom kojim postiže dojmljive emocionalne momente, dramatičnim pokretima kamere, te njegovim zaštitnim znakom — krupnjacima, posebno detaljem očiju junaka.

Sergio Leone je umro 1989.